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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
ESTUDO DO EFEITO DA SUBSTITUIÇÃO DE CAULIM POR
RESÍDUO DE CAULIM NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA DE
REVESTIMENTO
Dissertação submetida à
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
como parte dos requisitos para obtenção do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
JOÃO DANTAS PAIVA VIEIRA
Natal
Agosto/2007
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
ESTUDO DO EFEITO DA SUBSTITUIÇÃO DE CAULIM POR
RESÍDUO DE CAULIM NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA DE
REVESTIMENTO
JOÃO DANTAS PAIVA VIEIRA
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
Sendo aprovada em sua forma final.
Prof. Dr. Eng. Rubens Maribondo do Nascimento – Orientador
Prof. Ph.D. Antônio Eduardo Martinelli – Co-orientador
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Ph.D. Antonio Eduardo Martinelli - UFRN
Prof. DSc. Carlos Alberto Paskocimas - UFRN
Prof. Dr.Eng. Eiji Harima – CEFET- RN
Prof. Dr. Ricardo Peixoto Suassuna Dutra - UFRN
Prof. Dr. Eng. Rubens Maribondo do Nascimento – UFRN
Natal
Agosto/2007
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Aos meus queridos Pais, João e Dinorah
(Em memória)
AGRADECIMENTOS
A Deus, que está sempre comigo em toda a minha caminhada, principalmente
nos momentos mais difíceis de minha vida.
A minha esposa, Luizeth, pelo amor, paciência e dedicação.
Aos meus filhos, Deise e Vitor, pelo amor e compreensão nos momentos que
não pude lhes dar atenção por estar muito envolvido neste trabalho e pelo apoio que
sempre me deram.
Aos professores Rubens Maribondo do Nascimento e Antonio Eduardo
Martinelli, Orientador e Co-orientador, pelo grande incentivo, o “vamos que dá”, por ter
acreditado no meu trabalho, pela oportunidade de aprendizado e pelas experiências e
lições de vida transmitidas. Agradecemos também a consideração, a compreensão e o
apoio durante este período de convivência.
Ao CEFET-BA, pela oportunidade em realizar este Mestrado em convenio com
a UFRN, bem como a todos os professores, que demonstraram amizade e apoio sempre
que solicitados; em especial às professoras Djane e Núbia que sempre estiveram prontas
a nos ajudar.
A professora Claudia do CEFET-BA que me auxiliou na elaboração inicial deste
trabalho.
A todos os professores e funcionários do Departamento de Tecnologia
Mecânica e Materiais do CEFET-BA, pela simpatia e cordial convívio.
Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da
UFRN pelos conhecimentos que nos transmitiram e a paciência de Marisa que sempre
nos atendeu com presteza quando solicitada.
Aos colegas Maxymme e Andréa do CTGAS pela grande ajuda com suas teses
de Mestrado sobre o assunto, que facilitou o desenvolvimento do meu trabalho.
Aos colegas do LabCem – Laboratório de Engenharia de Materiais – UFRN,
Marcio Varela, Ricardo Suassuna, Laurenia, Janiara, José Carlos e a todos que
contribuíram para a realização deste estudo.
Aos amigos pela oportunidade que me deram de sempre estarmos juntos
cultivando a amizade e sobre tudo aos nossos amigos espirituais do mundo superior que
estão sempre a nos intuir às melhores ações e pensamentos.
Enfim, agradeço a todos que estiveram comigo durante esta caminhada,
contribuindo, direta ou indiretamente, para a realização deste trabalho.
Resumo da dissertação apresentada ao PPGEM-UFRN como parte dos
requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.
ESTUDO DO EFEITO DA SUBSTITUIÇÃO DE CAULIM POR RESÍDUO DE
CAULIM NA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA DE REVESTIMENTO
JOÃO DANTAS PAIVA VIEIRA
Agosto/2007
RESUMO
As indústrias de mineração e beneficiamento de caulim são um importante
segmento econômico do país, com uma produção bastante significativa no cenário
internacional. Em função disso, a produção de resíduos é muito grande, poluindo e
agredindo o meio ambiente. Assim, esse trabalho tem por objetivo a caracterização do
resíduo do beneficiamento do caulim e a avaliação de sua aplicabilidade como matéria-
prima alternativa na produção de cerâmica de revestimento. As matérias-primas
utilizadas neste trabalho foram caracterizadas por técnicas de: fluorescência de raios X;
difração de raios X; analise granulométrica; análise termogravimétrica e análise
termodiferencial. Foram formuladas três composições contendo o resíduo de caulim, em
proporções de 10%, 20%, e 30%. Foram confeccionados corpos-de-prova por
prensagem e suas massas foram queimadas a 1200ºC e caracterizadas química e
mineralogicamente com o objetivo de identificar suas composições, seus elementos e
suas fases. Estes corpos-de-prova foram avaliados quanto à absorção de água,
porosidade aparente, massa específica aparente, retração linear, difração de raios X e o
módulo de ruptura à flexão. Pode-se concluir que o resíduo de caulim é constituído
basicamente por caulinita, e que a incorporação nas proporções estudadas teve
resultados altamente satisfatórios nas formulações, para a produção de cerâmicas de
revestimento.
Palavras chaves: Resíduo de caulim, reciclagem, caulim, matéria-prima cerâmica.
Abstract of the Master’s dissertation presented to the Mechanical
Engineering Post-Graduate program of UFRN as a partial requirement for
the title of Master in Mechanical Engineering.
Effect of the replacement of kaolin by kaolin residue on the production of ceramic
tiles
JOÃO DANTAS PAIVA VIEIRA
August/2007
ABSTRACT
Companies involved in kaolin mining and treatment represent an important area
of industrial development in Brazil, significantly contribution to the worldwide
production of such mineral. As a result, large volumes of kaolin residue are constantly
generated and abandoned in the environment, negatively contributing to its
preservation. In this scenario, the objective of the present study was to characterize the
residue generated from kaolin mining as well as to assess its potential use as raw
material for the production of ceramic tiles. Ceramic mixtures were prepared from raw
materials characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, particle size analysis
and thermal analysis. Three compositions were prepared using kaolin residue contents
of 10%, 20% and 30%. Samples were uniaxially pressed, fired at 1200ºC and
characterized aiming at establishing their mineralogical composition, water absorption,
apparent porosity, specific mass, linear retraction and modulus of rupture. The results
showed that the residue basically consisted of kaolinite and successfully replaced raw
kaolin in the preparation of ceramic title formulations without significantly affecting the
properties of the fired material.
Keywords: kaolin residue, recycling, ceramic raw material, ceramic tile.
SUMÁRIO
Dedicatória
Agradecimentos
Resumo
Abstract
Sumário
Índice de Figuras
Índice de Tabelas
1. INTRODUÇÃO_________________________________________________ 12
2. MATERIAL CERÂMICO________________________________________ 17
2.1 Cerâmicas de Revestimento______________________________________ 18
3. INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO NO BRASIL________ 20
3.1 Estrutura_____________________________________________________ 20
3.2 Pólos Produtores _______________________________________________ 21
4. RESÍDUOS PARA FORMULAÇÕES DE CERÂMICAS
DE REVESTIMENTO 25
4.1 Resíduos de Caulim____________________________________________ 25
4.2 Resíduos de Petróleo___________________________________________ 26
4.3 Resíduos de Granito____________________________________________ 27
4.4 Resíduos de amianto____________________________________________ 27
4.5 Resíduos de Vidro______________________________________________ 27
4.6 Chamotes_____________________________________________________ 28
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL_____________________________ 29
5.1 Matérias-Primas _______________________________________________ 30
5.1.1 Caulim______________________________________________________ 30
5.1.2 Resíduo de Caulim_____________________________________________ 30
5.1.3 Argila_______________________________________________________ 31
5.1.4 Feldspatos___________________________________________________ 31
5.2 Caracterizações das Matérias-Primas ___________________________33
5.2.1 Análise Química______________________________________________ 33
5.2.2 Análise Mineralógica___________________________________________ 33
5.2.3 Análises Térmicas_____________________________________________ 34
5.2.4. Análise Granulométrica________________________________________ 34
5.3. Preparação das Massas Cerâmicas_______________________________ 34
5.4 Preparação dos Corpos-de-Prova_________________________________ 36
5.5 Secagem e Queima dos Corpos-de-prova___________________________ 36
5.6. Caracterização das Massas _____________________________________ 36
5.6.1. Absorção de Água_____________________________________________ 37
5.6.2. Porosidade Aparente___________________________________________ 37
5.6.3. Retração Linear_______________________________________________ 38
5.6.4. Massa Específica Aparente______________________________________ 38
5.6.5. Tensão de Ruptura à Flexão em 3 Pontos___________________________ 39
5.6.6. Análise Microestrutural________________________________________ 40
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES__________________________________ 42
6.1. Caracterização das Matérias-Primas______________________________ 42
6.1.1. Caracterização Química (FRX)__________________________________ 42
6.1.2 Caracterização Mineralógica (DRX)_______________________________ 43
6.1.3. Análises Térmicas_____________________________________________ 46
6.1.4. Granulometria________________________________________________ 51
6.2. Caracterização das Massas Cerâmicas____________________________ 55
6.2.1. Evolução da Microestrutura em Função da Queima___________________ 55
6.3. Caracterização Física dos Corpos Sinterizados_____________________ 57
6.3.1. Retração Linear de Queima_____________________________________ 57
6.3.2. Absorção de Água_____________________________________________ 58
6.3.3. Porosidade Aparente___________________________________________ 59
6.3.4. Massa Específica Aparente______________________________________ 60
6.3.5. Tensão de Ruptura à Flexão_____________________________________ 60
6.3.6. Microestrutura dos Corpos-de-Prova Sinterizados por MEV ___________ 61
7. CONCLUSÕES_________________________________________________ 69
8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS___________________________ 70
REFERÊNCIAS__________________________________________________ 701
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Deposição dos resíduos cauliniticos em lagoas de sedimentação_____ 14
Figura 2 – Vista dos impactos causados pela mineração____________________ 15
Figura 3 – Cadeia Produtiva dos Revestimentos Cerâmicos_________________ 20
Figura 4 – Setor de Revestimento Cerâmico Distribuição por Região_________ 21
Figura 5 – Revestimentos Cerâmicos no Brasil___________________________ 23
Figura 6 – Fluxograma da Metodologia Experimental adotada______________ 29
Figura 7 - Caulim Duro Ferruginoso (A) e Caulim Duro Branco (B)__________ 30
Figura 8 - Mina de feldspato situada no município de Parelhas______________ 32
Figura 9 – Vista da Maquina de Flexão CTGAS__________________________ 40
Figura 10 – Difratograma de Raios X da Argila__________________________ 43
Figura 11 – Difratograma de Raios X do Feldspato_______________________ 44
Figura 12 – Difratograma de Raios X do Caulim _______________________ 44
Figura 13 – Difratograma de Raios X do Resíduo de Caulim________________ 45
Figura 14 – Curva Termogravimétrica com derivada, da Argila_____________ 46
Figura 15 – Curva Termodiferencial (ATD) da Argila_____________________ 46
Figura 16 – Curva Termogravimétrica com derivada, do Feldspato___________ 47
Figura 17 – Curva Termodiferencial (ATD) do Feldspato__________________48
Figura 18 – Curva Termogravimétrica com derivada, do Caulim_____________ 49
Figura 19 – Curva Termodiferencial (ATD) do Caulim____________________ 49
Figura 20 – Curva Termogravimétrica com derivada Resíduo de Caulim______ 50
Figura 21 – Curva Termodiferencial (ATD) do Resíduo de Caulim___________ 51
Figura 22 – Distribuição Granulométrica da Argila_______________________ 52
Figura 23 – Distribuição Granulométrica do Feldspato____________________ 52
Figura 24 – Distribuição Granulométrica do Caulim______________________ 53
Figura 25 – Distribuição Granulométrica do Resíduo de Caulim_____________ 53
Figura 26 – Difratograma de raios X da massa M1________________________ 55
Figura 27 - Difratograma de raios X da massa M2________________________ 56
Figura 28 – Difratograma de raios X da massa M3________________________ 56
Figura 29 – Difratograma de raios X da massa M4________________________ 57
Figura 30 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova M1_______ 62
Figura 31 - Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova M1_______ 63
Figura 32 - Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova M2_______ 64
Figura 33 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova M3_______ 66
Figura 34 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova M4_______ 67
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Classificação da cerâmica para revestimento segundo a
absorção de água_____________________________________ 19
Tabela 2 – Produção de revestimentos cerâmicos por processo,
aplicação e produto – 2005 milhões m
2
_______________________ 24
Tabela 3 – Matérias-primas testadas___________________________________35
Tabela 4 – Composição química das matérias-primas______________________ 42
Tabela 5 – Resumo da distribuição granulométrica das matérias-primas_______ 54
Tabela 6 – Retração linear dos corpos-de-prova sinterizados________________ 58
Tabela 7 – Absorção de água dos corpos-de-prova sinterizados______________59
Tabela 8 – Analise de porosidade aparente (%)__________________________ 59
Tabela 9 – Massa especifica aparente (%)_______________________________ 60
Tabela 10 – Tensão de Ruptura à Flexão em três pontos___________________ 61
Tabela 11 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C da Figura 30______ 62
Tabela 12 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C da Figura 32______ 65
Tabela 13 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C da Figura 33______ 66
Tabela 14 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C da Figura 34______68
12
1. INTRODUÇÃO
A indústria de revestimentos cerâmicos constitui um segmento da indústria de
transformação, de capital intensivo, inserido no ramo de minerais não-metálicos, e tem
como atividade a produção de pisos e azulejos, representando, juntamente com a
cerâmica estrutural vermelha (tijolos, telhas e outros refratários), as louças e o vidro,
uma cadeia produtiva que fazem parte do complexo industrial de materiais de
construção.
Para este tipo de indústria a matéria-prima utilizada são os materiais argilosos
que apresentam grande variedade de tipos e composições utilizados na produção da
massa (barbotina). No processo são utilizadas misturas de diversos tipos e
características distintas, que resultam na composição desejada. Já os materiais não-
argilosos são utilizados em mistura com argilas, quando estas não os contêm. Servem
para formar o esqueleto do corpo cerâmico (substrato) ou para promover a fusão da
massa. Os compostos minerais normalmente utilizados são os quartzos, os feldspatos e
os calcários. (OLIVEIRA et al, 2006)
O processo de mineração do caulim começa com a pesquisa para caracterização
do material propriamente dito e a qualidade do minério, e continua com o
beneficiamento e transporte dos resíduos.
O caulim pode ser extraído por processos manuais, semi-mecanizados ou
mecanizados, e as minas podem ser a céu aberto, subterrâneas ou mistas. Quaisquer que
sejam as técnicas utilizadas no processo são encontrados impactos negativos aos meios
físicos, bióticos e antrópicos (VIDAL, 2001).
A partir de 1986 por exigência legal aliada a pressão ecológica da população, foi
elaborado o Plano de Recuperação de Área Degradada (PRAD), onde se exige que a
Licença Operacional (LO) para as atividades impactantes só pode ser obtida com a
elaboração do EIA/RIMA (Estudo de Impacto Ambiental / Relatório de Impacto
Ambiental), sendo que este documento deve conter o PRAD, para ser implantado
simultaneamente ao desenvolvimento destas atividades.
13
No Brasil a modernização nos parques industriais tem acontecido de forma
muito rápida devido à importação de bens tecnológicos, muito embora, juntamente com
esta modernização não tenha acompanhado a construção de uma consciência em torno
de um desenvolvimento auto-sustentável. Podemos observar, também, os efeitos desta
degradação em ambientes intensamente urbanizados onde se encontram a maior parte da
nossa população. (VIDAL, 2001)
Apesar dos cuidados por parte das mineradoras e dos órgãos ambientais, a
atividade de extração do caulim ainda causa muitos transtornos, com a produção
excessiva de particulados em pó, gerados durante o transporte de matéria bruta do
minério e dos resíduos sólidos, que com a ação dos ventos espalham-se pelo local onde
a empresa atua, comprometendo o aspecto visual e poluindo o ar. (VIDAL, 2001;
BARATA, 2002)
Quando não são tomadas as devidas precauções por parte das empresas
geradoras de resíduos o risco ambiental é muito grande, além do desperdício de energia
e matéria-prima, uma vez que muitos destes resíduos incorporam grande conteúdo
energético e, normalmente são ricos em compostos inorgânicos valiosos como óxidos
de silício, alumínio, ferro, cálcio e sulfatos que os habilitam para ser utilizada como
matéria-prima pelas indústrias de cerâmica, de cimento, de gesso, e para a fabricação de
insumos destinados a construção civil.
No processo de beneficiamento do caulim são gerados dois tipos de resíduos que
são lançados em lagoas de sedimentação. O primeiro resíduo é constituído basicamente
por quartzo que é proveniente da etapa de desareiamento cujo volume gerado gira em
torno de 8% do ROM (right of mine). Já o segundo resíduo que é proveniente das etapas
de centrifugação, separação magnética, branqueamento e filtragem e gira em torno de
26% da produção bruta é que se configura como um problema (BARATA, 2002). Os
problemas gerados pelo resíduo do caulim são mais de ordem financeira do que
ambiental, uma vez que o resíduo em si não é tóxico. Todavia sua deposição se torna
onerosa porque é realizada em lagoas de sedimentação que requerem obras de
movimentação de terra e grandes áreas para suas construções, conforme mostrado pelas
figuras 1 e 2. (BARATA, 2002).
14
Figura 1 - Deposição dos resíduos cauliniticos em lagoas de sedimentação (Foto:
Oscar Cabral, Revista Veja, 13 de nov. de 1991)
Para efeito de quantificarmos o problema, citamos o Estado do Pará que é um
grande produtor de caulim em que a quantidade do resíduo caulinítico depositada por
apenas três empresas até o ano 2000 foi de aproximadamente 4,15 milhões de toneladas,
sendo que esta situação tende a se agravar consideravelmente devido o crescimento da
produção de caulim por parte das mineradoras, em todos os Estados produtores
(SANTOS et. al, 2002).
Também, o Estado do Rio Grande do Norte de conhecida vocação mineral,
marcou a sua participação na história da indústria extrativa mineral do país, como o
primeiro Estado produtor de gipsita, o maior produtor nacional de concentrado de
scheelita e de sal marinho e o maior produtor nordestino de caulim primário. É,
também, um produtor, em potencial, de outras matérias-primas utilizadas na produção
de cerâmicas de revestimentos. Contudo, mesmo com toda esta riqueza natural o Estado
tem apenas uma empresa que vem dando segmento na produção desses produtos, muito
embora ainda se encontre na fase de implantação. Com isso, tem-se observado que
muitas dessas matérias-primas estão sendo usadas para a fabricação de produtos de
baixo valor agregado, ou estão sendo exportadas para outros Estados. Isso tem
permitido que somente os Estados importadores dessa matéria-prima, possam produzir
15
cerâmicas de maior valor agregado, quando as mesmas matérias-primas poderiam estar
possibilitando a geração de mais riquezas para o Estado do Rio Grande do Norte,
fabricando cerâmicas mais nobres (MELO, 2006).
a) – Depósito de resíduos.
(b) – Área da mina.
Figura 2 – Vista dos impactos causados pela mineração (b) e pelo depósito de
resíduos industriais (a). Mina do Quebra-Côco, Ubá - MG.
16
Em virtude da grande quantidade de resíduos gerados durante o processo de
beneficiamento, algumas empresas, nos últimos anos, vêm demonstrando interesse em
investigar as possíveis potencialidades da aplicação desses resíduos. O Núcleo de
Habitação da Amazônia (NUHAM) já tem convênios com Universidades, (Ex:
Universidade Federal do Pará etc,...) para estudar as prováveis aplicações desses
resíduos.
Estudos preliminares têm demonstrado que o segundo resíduo, por ser finamente
dividido e constituído basicamente por caulinita, caracteriza-se como uma matéria-
prima excelente para fabricação de uma metacaulinita de alta reatividade cujos
mecanismos de ação em sistemas à base de cimento Portland são, de certa forma,
semelhantes aos da sílica ativa. Ambas aceleram o processo de hidratação do cimento,
sendo que a metacaulinita reage em menor tempo que a sílica (BARATA et al, 2002).
O processo industrial de beneficiamento do caulim, além de proporcionar
características especiais para uso industrial, também, acrescenta de forma involuntária
ao resíduo, qualidades excelentes para que possa vir a ser uma matéria-prima de
primeira qualidade (MENEZES et al, 2007).
O presente trabalho tem o objetivo de estudar os efeitos da substituição de
caulim por resíduo de caulim na fabricação de cerâmica de revestimento e avaliar de
forma preliminar a viabilidade técnica de reciclagem deste resíduo para ser usado como
matéria-prima na produção destas cerâmicas. Para atingir esta meta, o presente trabalho
deverá seguir as seguintes etapas:
• Seleção do resíduo do caulim, argila e feldspato para a formulação da
massa cerâmica.
• Caracterização das matérias-prima.
• Preparação das matérias-prima.
• Formulação, conformação e queima das amostras.
• Caracterização das amostras e análise de conformidade das massas.
• Comparação dos resultados da análise com o padrão da cerâmica de
revestimento.
• Validação do potencial tecnológico do resíduo do caulim para a produção
de massas para revestimentos cerâmicos.
17
2. MATERIAL CERÂMICO
Os materiais cerâmicos são compostos formados por elementos metálicos e não-
metálicos para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou são
predominantemente iônicas com alguma natureza covalente (CALLISTER, 2002). Estes
materiais apresentam elevada dureza, baixo peso específico, alta resistência ao desgaste
em temperatura elevada, boa resistência à corrosão e inércia química. Em função dessas
características estes materiais são usados em sistemas com condições severas de
operação, como motores de combustão e turbinas de automóveis e aviões.
Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor, e
são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes abrasivos do que os metais e
polímeros. (CALLISTER, 2002)
Os materiais cerâmicos podem ser divididos em cerâmicas tradicionais, e
cerâmicas técnicas. Faz parte das cerâmicas tradicionais os silicatos, as argilas, as
porcelanas, os vidros etc. As cerâmicas técnicas, também, conhecidas como cerâmicas
avançadas, cerâmicas de alta performance ou cerâmica fina, elas possuem um vasto
espectro de aplicações, o que torna o seu estudo de grande interesse industrial.
As vantagens em se usar estes materiais, em relação aos materiais metálicos são
a sua grande abundancia na crosta terrestre, sendo o Si e o Al os materiais que
apresentam as maiores reservas disponíveis na crosta terrestre (ACCHAR, 2000). Estes
materiais são melhores compreendidos com relação ao seu comportamento estrutural,
conhecendo as suas propriedades elétricas, magnéticas, óticas, mecânicas, térmicas,
termodinâmicas, superfícies e de interfaces (MELO, 2006).
O processamento das cerâmicas passa por fases que podem ser divididas em
preparação das materiais-primas, conformação, tratamento térmico e acabamento. A
fase de acabamento em muitos casos não se aplica, pois após a queima o produto já está
pronto.
18
2.1 Cerâmicas de Revestimento
A NBR 13816 – 1997 definem as cerâmicas de revestimento como material
composto de Argila e outros materiais inorgânicos.
As cerâmicas de revestimento, geralmente são utilizadas para revestir pisos e
paredes sendo conformadas por extrusão ou por prensagem, outros processos podem ser
utilizados. As placas passam por processo de secagem após o que são queimados a uma
temperatura de sinterização.
As placas cerâmicas podem ser esmaltadas ou não-esmaltadas sendo que o
esmalte corresponde a uma fina cobertura vítrea que impermeabiliza e decora uma das
faces da placa.
O revestimento cerâmico, também, pode ser classificado de acordo com o
processo de preparação da massa que pode ser por via úmida ou via seca. No processo
por via úmida a mistura é composta de várias matérias-primas (argila, fundentes, talco,
carbonatos etc.) que são moídas e homogeneizadas em moinhos de bola, em meio
aquoso, passa por secagem e granulação em spray dryer (atomizador) e finalmente a
conformação e queima. Este processo é bastante utilizado na região sul, nos pólos
cerâmicos de Criciúma SC. e Mogi-Guaçu SP. Já o processo por via seca as placas são
feitas utilizando moagem a seco, por moinhos de martelo e pendular, sendo levemente
umidificada para a prensagem. Este processo é utilizado no pólo cerâmico de Santa
Gertrudes SP, com também em outros pólos cerâmicos.
Segundo a ANFACER (Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmicas de
Revestimento) e ASPACER (Associação Paulista da Cerâmica de Revestimento), 65%
da produção nacional são realizadas por via seca, e 35% por via úmida.
A preparação de massa por via seca tem menores custos energéticos e de
manutenção das instalações, e menores impactos ambientais do que o processo por via
úmida. (OLIVEIRA et al, 2006)
Ainda, segundo a NBR 13817 – 1997 as cerâmicas de revestimento são
classificadas de acordo com os seguintes critérios:
19
a) Esmaltadas e não-esmaltadas;
b) Métodos de fabricação;
c) Grupos de absorção de água;
d) Classes de resistência a abrasão superficial, em número de 5;
e) Classe de resistência ao manchamento, em número de 5;
f) Classes de resistência ao ataque de reagentes químicos, segundo
diferentes níveis de concentração;
g) Aspecto superficial ou análise visual.
As cerâmicas de revestimento podem ser divididas em 5 grupos, no que tange a
absorção de água. (Tabela 1).
Tabela 1 – Classificação da cerâmica para revestimento segundo a
absorção de água. (ANFACER, 2002)
Grupos
Absorção de água (%)
Produto
BIa < 0,5 Grês Porcelanato
BIb 0,5 – 3,0 Grês
BIIa 3,0 – 6,0 Semi-Grês
BIIb 6,0 – 10,0 Semi-Poroso
BIII > 10,0 Poroso
20
3. INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO NO
BRASIL
3.1 Estrutura
A Figura 3 apresenta o esquema que representa a cadeia produtiva dos
revestimentos cerâmicos.
Figura 3 – Cadeia produtiva do revestimento cerâmico
De acordo com a Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para
Revestimentos (ANFACER), a indústria brasileira de revestimento cerâmico é
composta por 94 empresas ativas, e 117 plantas industriais, com capacidade instalada
para produzir 651 milhões de m
2
anuais de revestimentos cerâmicos, conforme
distribuição regional mostrada na Figura 4. Em 2004, geraram 25 mil empregos diretos
e estima-se 250 mil indiretos em toda cadeia produtiva. As empresas são, em quase sua
totalidade, de capital nacional e de pequeno e médio porte.
21
3.2 Pólos Produtores
As indústrias produtoras de revestimento cerâmico, em função da necessidade de
estar próxima às jazidas de argila, matéria-prima básica utilizada na produção deste
revestimento, geralmente se concentram nos pólos produtores de matéria-prima. A
exemplo da Itália e Espanha, líderes mundiais do setor, que têm suas produções
concentrada nas regiões de Sassuolo e Castellón, respectivamente. No Brasil, os
principais pólos estão localizados nas Regiões Sul e Sudeste: Criciúma, em Santa
Catarina, Mogi Guaçu e Santa Gertrudes, em São Paulo.
No pólo de Criciúma que abrange, também, as localidades de Tubarão,
Urussanga, Imbituba, Tijucas e Morro da Fumaça se concentram as maiores empresas
nacionais, que têm como estratégia competitiva, o design, a qualidade e a marca,
fabricando revestimento cerâmico através do processo de via úmida. As 17 empresas
são responsáveis por cerca de 23% da produção total brasileira.
Figura 4 – Setor de revestimento cerâmico, distribuição da produção por região –
2005
O pólo de Mogi Guaçu abrangendo Diadema, São Caetano do Sul e Suzano, com
extensão até Jundiaí e Estiva Gerbi, tem as mesmas características de Criciúma e abriga
um total de 11 empresas responsáveis por 6,5% da produção brasileira.
O pólo produtor de Santa Gertrudes que compreende as cidades de
Cordeirópolis, Corumbataí, Rio Claro e Limeira conta com um total de 45 empresas
22
responsáveis por 53% da produção brasileira, e utiliza o processo de produção via seca,
com matéria-prima local e a competitividade está baseada em custos baixos com
produtos de menor valor agregado (OLIVEIRA et. al, 2006).
No Brasil algumas empresas que produzem revestimentos cerâmicos, ainda
importam parte das matérias-primas utilizadas na formulação das massas cerâmicas, de
outros estados ou até de outros países, como ocorre na Europa. (BIFFI, 2002)
A indústria de revestimento cerâmico no Brasil surgiu a partir de fábricas de
cerâmica estrutural, com produção de tijolos, blocos e telhas de cerâmica vermelha. No
início do século XX começaram a produzir ladrilhos hidráulicos e, mais tarde, azulejos
e pastilhas cerâmicas e de vidro.
Na metade da década de 60 com a criação do Sistema Financeiro da Habitação e
do Banco Nacional da Habitação a indústria nacional de materiais e componentes para
construção civil vislumbraram a possibilidade de crescimento, em virtude da mudança
de escala de produção para habitação no país. Contudo foi na década de 70 que a
produção atingiu uma demanda continuada, fazendo com que a indústria cerâmica
ampliasse significativamente a sua produção (CONSTANTINO et al, 2006).
A tecnológica da construção no Brasil predominantemente com sistemas
estruturais em concreto armado e sistemas de vedação em alvenaria de blocos cerâmicos
e mais as características climáticas do país asseguraram um elevado potencial de
consumo de revestimento cerâmico, tanto para pisos quanto para paredes.
Com os efeitos positivos da nossa economia a partir de 1994 e a substituição de
outros revestimentos como: carpetes, madeira, tecidos, vinil, etc., por cerâmica, em
função das suas características funcionais e estéticas, fizeram com que houvesse um
aumento do crescimento desta indústria. A melhoria da qualidade da cerâmica de
revestimento esmaltada, principalmente no que se refere à resistência ao atrito, foi outro
importante fator para o crescimento, pois a partir daí pode-se utilizá-la em lugares de
grande movimento, como aeroportos, hotéis, escolas, hospitais etc.
Nos últimos anos o crescimento do setor de revestimento cerâmico brasileiro
vem acompanhando o desempenho da produção mundial, próximo dos 5% ao ano,
conforme se pode ver na Figura 5 (CONSTANTINO et al, 2006).
23
Figura 5 – Revestimentos cerâmicos no Brasil, evolução da produção e consumo
Na Tabela 2 a seguir, pode-se observar o percentual da produção de
revestimentos cerâmicos, em 2005, por tipo de processo, aplicação e tipo de produto.
24
Tabela 2 – Produção de revestimentos cerâmicos por processo,
aplicação e produto – 2005 (Milhões m
2
)
Processo
Produção Participação (%)
Via seca 369 65
Via úmida 199 35
Total
568 100
Aplicação
Produção Participação (%)
Piso 385 68
Parede 145 25
Fachada 10 2
Porcelanato 28 5
Total
568 100
Produto Produção Participação (%)
Semi-porosos
232 41
Porosos
170 30
Semi-grês
102 18
Grês
40 7
Outros 24 4
Total
568 100
Fonte: ANFACER – Cerâmica Portobello
Cabe observar que a produção de pisos corresponde a 68% do total e o
porcelanato participa com apenas 5% do total da produção brasileira de revestimento
cerâmico. A título de comparação, 58% da produção italiana de revestimento cerâmico é
porcelanato, um produto de maior valor agregado.
As maiores vendas de revestimentos cerâmicos, em 2005, partiram do Estado de
São Paulo, com participação de 59% do total Brasil, seguido da Região Sul com 29%, o
Nordeste com 9% e demais regiões com 3%.
A região que mais consumiu revestimento cerâmico em 2005 foi o Sudeste, com
48,5% de participação, seguindo a região Nordeste com 19%, Sul com 17,6%, Centro-
Oeste com 9,5%, e Norte com 5,4% (CONSTANTINO et al, 2006).
25
4. RESÍDUOS PARA FORMULAÇÕES DE CERÂMICAS
DE REVESTIMENTO
Com a revolução industrial a partir do século XVIII as nações focaram seus
esforços no desenvolvimento, de forma a consolidar suas bases tecnológicas e sociais, e
com isso pouca ou nenhuma preocupação existiu na utilização dos recursos naturais,
que eram abundantes, e a natureza aceitava passivamente todos os dejetos que eram
gerados nas industriais e descartados sem nenhum controle no meio ambiente. O
objetivo dessas nações era o crescimento econômico em curto prazo, mediante a
utilização de novos processos produtivos e a exploração intensiva de energia e matérias-
primas, cujas fontes eram tidas como ilimitadas. Este modelo gerou excedentes
impressionantes de riqueza econômica, mas trouxe consigo grandes problemas sociais e
ambientais, entre eles os resíduos.
Nas últimas décadas as indústrias têm se deparado com a necessidade de
introduzir em seus projetos considerações ecológicas que estejam em conformidade com
normas internacionais de proteção ao meio ambiente. Neste sentido, esforços estão
sendo concentrados em projetos que visem a redução do volume de rejeitos industriais
ou o reaproveitamento destes para a produção de materiais com aplicação comercial.
(MELO, 2006).
4.1 Resíduos de Caulim
A indústria da mineração e beneficiamento de caulim é um segmento industrial
muito importante em todos os estados produtores. A reciclagem e reutilização do
resíduo produzido por estas indústrias, depois de detectadas suas potencialidades é
considerado uma excelente alternativa de matéria-prima podendo contribuir para a
diversificação de produtos com diminuição dos custos de produção em diversos setores
industriais, conservando os atuais recursos não renováveis com economia de energia e
principalmente melhorando a saúde da população (BARATA, 2002).
A necessidade constante por maiores índice de produtividade na economia
global fez com que os recursos naturais ao longo do tempo tivessem perdas irreparáveis,
e ao mesmo tempo, a geração de resíduos, também, proliferou significativamente sendo
que a maioria deles não é reciclada. As indústrias são mencionadas como fonte de
26
contaminação e poluição ao meio ambiente, em função da grande quantidade de
resíduos que produzem.
No âmbito ambiental o objetivo é obter-se o desenvolvimento sustentável,
diminuindo o descarte de materiais, estimulando a reciclagem dos resíduos gerados em
todos os setores da economia (VIDAL, 2001).
Recentemente, muitos esforços estão sendo dedicados aos estudos e pesquisas
visando à reutilização e aplicação segura do resíduo de caulim em diversas atividades
indústrias. O resíduo de caulim já está sendo indicado com matéria-prima alternativa
nas indústrias de cimento, de cerâmicas branca e vermelha, de papel, também, já
existem estudos em que este resíduo está sendo utilizado como adsorvente de matais
pesados. Quando tratado com ácido cítrico e glicerina pode ser usado na adsorção de
Cd, Pb, e Hg, e quando tratado com ácido aspártico pode ser usado na adsorção de Cu,
Pb, Zn, e Mn (SENA et al, 2006).
Algumas indústrias de beneficiamento do caulim, sabedoras das potencialidades
de aplicação do resíduo do caulim têm realizado convênios com diversas Universidades
e Centros de Pesquisas para estudo deste resíduo, na busca de alternativa de matéria-
prima para alguns setores industriais como cimento, cerâmico, papel dentre outras.
4.2 Resíduos de Petróleo
O setor petrolífero gera grandes quantidades de resíduos sendo o mais abundante
o material oleoso, que apresenta uma capacidade adesiva de aglomerar areia ou pó de
pedra, podendo formar uma massa de resíduo final entre 10 a 20 vezes maior que o
resíduo inicial, dando origem a um problema de grande relevância ambiental. Este
resíduo é misturado com 20% em peso de bentonita organofílica em forma de pó, a
borra resultante é aproveitada em massas argilosas para obtenção de produtos de
cerâmica estrutural. (SANTOS et al, 2002).
27
4.3 Resíduos de Granito
Os revestimentos cerâmicos por via seca são obtidos a partir de mistura de
argilas plásticas de predominância caulinítica e argilas fundentes, sendo que as argilas
fundentes participam com 60% em massa, percentuais menores desta misturas
apresentaram problemas de compactação.
Uma alternativa para substituição de argilas fundentes na composição de massa
de revestimentos cerâmicos elaborados por via seca, pode ser a mistura entre argilas
plásticas cauliníticas e fundente não plástico como granito. Nos últimos anos as
atividades industriais, das empresas beneficiadoras de granitos ornamentais não
escaparam ilesas, sendo lembradas constantemente como poluidoras de rios, lagos,
córregos, ar, campos, florestas, etc. o que de certa forma vem provocando grandes
impactos ambientais. O aproveitamento dos rejeitos da serragem de granito para
utilização como insumos na produção de revestimentos cerâmicos pode minimizar os
impactos causados ao meio ambiente. (SOUZA et al, 2004; MELO, 2006).
4.4 Resíduos de amianto
O resíduo de amianto pode ser enquadrado como redutor de plasticidade, este
material por ser considerado cancerígeno, teve sua utilização abolida nas últimas
décadas em vários países. Os produtos contendo amianto têm que passar por
tratamentos que evitem seu contato com o ser humano. Dentre esses tratamentos, tem-se
a sua utilização como matéria-prima para revestimentos cerâmicos, sofrendo
decomposição ao reagir com os demais constituintes da massa no decorrer da
queima,transformando-se em material não nocivo à saúde, podendo ser utilizado na
produção de cerâmicas tradicionais sem redução na qualidade do produto final
(MENEZES et al, 2001).
4.5 Resíduos de Vidro
Os vidros são, em princípio, totalmente re-aproveitáveis seja através da re-
utilização, como o reenvasamento de garrafas, seja pela reciclagem para a fabricação de
28
novos produtos de vidro. Contudo isso, enormes quantidades de vidro são dispostos em
aterros, sem o desejável re-aproveitamento. Para estes casos, torna-se necessário
encontrar alternativas tecnológicas viáveis que permitam a reciclagem de forma
econômica e ecológica. Há inúmeros estudos sobre a incorporação de resíduos de vidro
em produtos diversos. Um destes estudos é a incorporação do resíduo de vidro a
produtos fabricados à base de argila em substituição ao quartzo e ao feldspato na
fabricação de peças de cerâmica branca, esta é uma alternativa considerada natural
devido à compatibilidade entre a composição química destes produtos. (GODINHO et
al, 2005; MELO, 2006)
4.6 Chamotes
A perda de produtos queimados de telhas e tijolos (“chamote”) varia entre 3% e
5% da produção média nacional o que nos leva a crer, que o desperdício de material
cerâmico nos pólos industriais do país é muito grande. Estes resíduos ficam
armazenados nos pátios das olarias, ou são depositados em lugar inadequado, gerando
problemas ambientais. Para cada m
³ de material reciclado, menos material são jogados
nos aterros controlados ou similares, e menos materiais deixará ser extraído do meio
ambiente, como matéria-prima. O aproveitamento de rejeitos industriais cerâmicos
(chamote) pode ter um leque variado de opções, como por exemplo, na forma de pó,
com aplicações em massas cerâmicas, como redutores de plasticidade, ou como agentes
formadores de fase vítrea em blocos cerâmicos, revestimentos, grés e produtos de baixa
absorção (MELO, 2006).
29
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Neste capítulo apresentamos os materiais e a metodologia utilizada bem como os
equipamentos e técnicas de caracterização. O fluxograma mostrado na Figura 6 ilustra o
procedimento e a metodologia do trabalho.
Figura 6 – Fluxograma da Metodologia Experimental adotada
30
5.1 Matérias-Primas
5.1.1 Caulim
Caulim é o nome comercial dado a uma argila branca ou quase branca. A
matéria-prima utilizada neste trabalho foi proveniente de mineradora do Rio Grande do
Norte. Geralmente esta matéria-prima é vendida para as indústrias de cerâmica de
revestimento de outros estados. O vasto campo de aplicação deste material na área
industrial deve-se às suas características tecnológicas. É um material quimicamente
inerte com capacidade de cobertura quando utilizado como pigmento e reforçador para
aplicações de carga, possuindo baixa condutividade térmica e elétrica é macio e pouco
abrasivo e bastante competitivo com os materiais alternativos.
Caulins são produtos de alteração de silicatos de alumínio, principalmente dos
feldspatos podendo ser encontrados em dois tipos: primário ou residual e secundário.
(LUZ et al, 2000).
Na Figura 7 têm-se exemplos de amostras de torrões do caulim duro ferruginoso
e do caulim duro branco.
Figura 7 - Caulim Duro Ferruginoso (A) e Caulim Duro Branco (B)
5.1.2 Resíduo de Caulim
O resíduo de caulim utilizado neste trabalho foi proveniente de mineradora do
Rio Grande do Norte.
31
O resíduo de caulim utilizado na composição da matéria-prima para fabricação
de revestimentos cerâmicos é aquele procedente das etapas da centrifugação, separação
magnética, branqueamento e filtragem do caulim, que corresponde a 26% da produção
bruta. Pelas suas características físicas, químicas e mineralógicas estes resíduos podem
ser utilizados, não apenas, nas indústrias de revestimentos cerâmicos, como também,
nas indústrias de refratários, construção civil dentre outras (BARATA, 2002).
5.1.3 Argila
Os sedimentos argilosos iniciam-se com a decomposição de feldspato ou de
outros minerais aluminossilicáticos sendo os minerais de argila os produtos finais.
Também, pode-se dizer que argila são todas as partículas com granulação finas
encontradas nas análises granulométricas de sedimentos e solos, sendo que as argilas
compreendem partículas com diâmetros inferiores a 0,002 mm. (LUZ et al, 2000).
A Argila utilizada neste trabalho foi coletada em mineradora do Rio Grande do
Norte, geralmente fornecida em forma de torrões e submetida a um processo de
secagem em estufa a 60º C por 24 h, moída em moinhos de martelo com grelha de 9
mm de diâmetro a fim de desagregá-la, em seguida é seca em estufa a 110ºC até massa
constante; depois de seca é submetida a uma moagem em moinho planetário, por 3 h
com rotação de 230 rpm, e peneirada por via úmida para uma granulometria abaixo de
44µm (325 mesh) secando-a novamente para retirar a umidade.
Quando na presença de água, devido aos argilominerais, este material apresenta
uma serie de propriedades como: plasticidade, resistência mecânica a úmido, retração
linear de secagem, compactação, tixotropia e viscosidade de suspensão aquosa que
explicam sua grande variedade de aplicações tecnológicas. (MORAES, 2007).
5.1.4 Feldspatos
Mineral pertencente ao grupo dos silicatos de alumínio com potássio, cálcio,
sódio e muito raramente o bário. Na indústria de cerâmica o feldspato usado é o de
alumínio com potássio ele entra na massa com a função de fundente, devido o seu ponto
de fusão ser menor do que os demais componentes. Na maioria das suas aplicações ele
32
pode ser substituído, total ou parcialmente, por outros materiais tais como: rocha
nefelina sienito, argila, talco, pirofilita, etc. (RAMOS, 2001).
O feldspato utilizado neste trabalho foi coletado em mineradora do Rio Grande
do Norte, foi submetido a uma britagem primária em moinho de martelos com grelhas
de 9 mm de diâmetro e em seguida foi seco em estufa a 110º C até massa constante.
Após secagem foi submetido a um processo de moagem em moinho planetário por 3
horas em rotação de 230 rpm, e peneirado por via seca para granulometria inferior a 44
µm (325 mesh).
Na Figura 8 podem ser visto aspectos de uma mina de feldspato situada no
município de Parelhas, no Rio Grande do Norte.
Figura 8 - Mina de feldspato, situada no município de Parelhas.
33
5.2 Caracterizações das Matérias-Primas
As matérias-primas utilizadas neste trabalho foram caracterizadas por técnicas
de: Fluorescência de Raios X (FRX); Difração de Raios X (DRX); Análise
Granulométrica (AG); Análise Termogravimétrica (ATG) e Análise Termodiferencial
(ATD).
5.2.1 Analise Química
Foi utilizado o Laboratório de Ensaios de Materiais do CTGAS na realização da
análise química das matérias-primas. A técnica utilizada foi a fluorescência de raios X
por energia dispersiva (FRX), e o equipamento utilizado foi o EDX 700 da Shimadzu.
Optou-se pelo método semiquantitativo, numa atmosfera a vácuo, para
realização destas análises. As matérias-primas foram moídas até granulometria inferior
a 325 mesh (44 µm). Os resultados obtidos são apresentados na forma dos óxidos mais
estáveis dos elementos químicos presentes. Apenas os elementos entre Na (12) e U (92),
são detectados, isto devido à limitação do método. Recomenda-se para este ensaio
temperatura de 1000ºC ou 1050ºC, para este trabalho optou-se pela temperatura de
1200ºC, devido ser esta a temperatura de queima dos corpos-de-prova.
5.2.2 Análise Mineralógica
Foram realizados ensaios de DRX com o material moído abaixo de 325 mesh
(44 µm) para análise mineralógica das materiais-primas e das fases formadas após a
queima dos corpos-de-prova. Foi utilizado o Laboratório do CTGAS (LABEMAT) o
equipamento um XRD – 6000 da Shimadzu com tubo de Cu (λ = 1, 54056 Å). Foi
utilizada uma tensão de 40kV e uma corrente de 30mA, a varredura variando de 2º a 80º
para 2θ, com uma velocidade de 2º/mim e um passo de 0,02º/passo. As fases de cada
matéria-prima e o produto final foram analisadas por comparação entre os picos gerados
no difratograma com cartas padrões do programa de computador JCPDF, cadastradas no
ICDD (International Center for Difration Data).
34
5.2.3 Análises Térmicas
Foram utilizados o Analisador Termogravimétrico TGA-51H Shimadzu alocado
no Laboratório de Ensaios de Materiais do CTGÁS e o Analisador Termodiferencial
Modelo RB – 3000 – 20 alocado no Laboratório de Ensaios de Materiais da UFRN para
avaliar as matérias-primas objeto deste estudo. Nas análises foram utilizadas massas em
torno de 15 mg, com granulometria inferior a 325 mesh, sob um fluxo de ar sintético de
50 ml/min. O aquecimento foi obtido a uma taxa de 12,5ºC/min., para a análise
termogravimétrica e de 12,5
0
C/mim, para a análise Termodiferencial, a temperatura
iniciando aos 27ºC aproximadamente até 1100ºC. A curva derivada da TG denominada
DrTG foi elaborada utilizando-se o programa de computador TA-60 da Shimadzu
específico para análises térmicas, após o que foi feita a análise dos resultados.
5.2.4. Análise Granulométrica
Foi utilizada a técnica de classificação de partículas por difração a laser para
fazer a análise granulométrica. As mátrias-primas foram moídas em moinho planetário
por 3 horas a uma velocidade de 230 rpm. O Granulômetro a Laser modelo 920L, Cilas,
foi o equipamento utilizado nesta classificação, este equipamento está alocado no
Laboratório de Cerâmica e Metais Especiais da UFRN. Para fazer a dispersão foram
utilizadas 2g de amostra para cada 2 ml de detergente neutro em 10 ml de água
destilada. Esta atividade foi realizada em um tempo de 60 segundos em um meio
ultrasônico. O resultado foi fornecido pelo programa de computador The Particle
Expert.
5.3. Preparação das Massas Cerâmicas
Após as caracterizações das materiais-primas, todas abaixo de 325 mesh, foram
elaboradas quatro massas cerâmicas, denominadas M1, M2, M3, e M4 sendo que a
massa M1 foi utilizada com a formulação testada por MELO, (2006) e as demais foram
elaboradas substituindo o caulim por resíduo de caulim nas proporções de 20%, 30%, e
10% respectivamente.
35
A massa M2 apresenta uma formulação idêntica à massa M1, apenas o caulim
foi substituído pelo resíduo de caulim. Os resultados das analises executas nesta massa
serão comparados com os resultados da massa básica com a finalidade de
recomendarmos o seu uso como matéria-prima substituta. Quanto às massas M3 e M4,
também, com substituição completa do caulim pelo resíduo de caulim, porém com
percentagens diferentes da massa M2, elas serão testadas juntamente com as outras e
servirão como alternativas opcionais, na hipótese dos seus resultados serem
satisfatórios, comparativamente com a massa M1.
As formulações testadas estão apresentadas na Tabela 3.
Tabela 3 – Formulação das matérias-primas testadas
% EM PESO DAS MATÉRIAS-PRIMAS
MASSAS
CERÂMICAS
ARGILA
FELDSPATO
CAULIM
RESIDUO
DE CAULIM
M1 40 40 20 -
M2 40 40 - 20
M3 35 35 - 30
M4 45 45 - 10
A formulação M1 testada por MELO (2006) apresentou características de Grês,
espera-se que as formulações propostas nos percentuais da Tabela 3 venham a ter
viabilidade técnicas e operacionais que possam ser utilizadas nas indústrias de
revestimentos cerâmicos, com a substituição completa do caulim pelo resíduo de
caulim.
Para a dosagem das massas foi utilizada uma balança analítica – Mark 4100 com
resolução de 0,01g da Tecnal, locada no Laboratório de Materiais Cerâmicos da UFRN.
Em seguida adicionou-se água às formulações em 7% da massa. Misturaram-se cada
formulação até obter uma massa homogênea.
36
5.4 Preparação dos Corpos-de-Prova
Foi utilizada uma prensa Schulz com capacidade para 76 MPa locada no
Laboratório de Materiais Cerâmicos da UFRN. Foi utilizada uma pressão de 31 MPa
para prensar as amostras. Após a prensagem pode-se constatar que todos os corpos-de-
prova apresentaram resistência a verde satisfatória, não apresentando nenhuma quebra
durante o manuseio. Os corpos-de-prova obtidos foram identificados, pesados e
medidos. O padrão utilizado para as dimensões dos corpos-de-prova foi de 60x20x6
mm.
5.5 Secagem e Queima dos Corpos-de-prova
Os corpos-de-prova foram colocados em uma estufa a 110ºC para secagem por
24 horas até obter massa constante. Em seguida, os corpos-de-prova secos, foram
medidos com paquímetro Starret, com resolução de 0,05mm, em suas três dimensões,
altura, comprimento e largura. Também foram pesados em balança analítica – Mark
4100 com resolução de 0,01g da Tecnal, locada no Laboratório de Materiais Cerâmicos
da UFRN. Esses valores foram utilizados para determinar a densidade à verde dos
corpos-de-prova. O valor do comprimento inicial (Lo), de forma isolada, foi utilizado
para posterior determinação da retração linear de queima (RL). A etapa de queima dos
corpos-de-prova foi realizada em um forno elétrico Flyever com controle de potencia
PWC e controle de temperatura FE 50 RP, alocado no laboratório de materiais nas
dependências da UFRN. A temperatura de queima utilizada foi de 1200ºC. A taxa de
aquecimento foi de 10ºC/min e o patamar da temperatura máxima foi de 30 minutos. O
resfriamento ocorreu a uma taxa de 10ºC/min até a temperatura de 800ºC a partir daí o
resfriamento aconteceu de forma natural, com as amostras dentro do forno desligado,
até alcançar a temperatura ambiente.
5.6. Caracterização das Massas
Para avaliar as propriedades final de cada massa, foram realizados ensaios e
avaliação mineralógica por difração de raios X (DRX), absorção de água (AA), retração
linear de queima (RL), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA),
37
tensão de ruptura à flexão em três pontos (TRF), análise microestrutural por
microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para os ensaios de AA, RL, MEA, PA e
TRF, utilizaram-se os corpos-de-prova nas mesmas dimensões, obtidas após a queima.
5.6.1. Absorção de Água
A absorção de água é a porcentagem, em peso, do valor de água absorvido pelo
corpo-de-prova queimado. Os corpos-de-prova foram secos em estufa a 110ºC por 24
horas e em seguida foram pesados em balança analítica – Mark 4100 com resolução de
0,01g da Tecnal, locada no Laboratório de Materiais Cerâmicos da UFRN. Depois
foram submersos em água destilada por vinte e quatro horas. Passado esse tempo, os
corpos-de-prova foram removidos e o excesso de água superficial foi retirado com um
pano umedecido e novamente foram pesados a fim de calcular o valor de água que cada
corpo-de-prova absorveu de acordo com a Equação a baixo:
100(%) x
Ps
PsPu
AA
−
=
(1)
Sendo AA a absorção de água em porcentagem; Pu o peso do corpo-de-prova úmido
(em g); e Ps o peso do corpo-de-prova seco (em g). Os resultados foram obtidos pela
média aritmética de quatro valores em corpos-de-prova distintos. (NBR 13818:1997)
5.6.2. Porosidade Aparente
A porosidade aparente (PA) é a medida, em porcentagem, do volume de poros
aberto do corpo-de-prova em relação ao seu volume total. Além das medições realizadas
para o cálculo da absorção de água, os corpos-de-prova foram pesados imersos em água,
após 24h submersos, a fim de se calcular a porosidade aparente, de acordo com a
seguinte equação:
100(%) x
PiPu
PsPu
PA
−
−
=
(2)
38
Sendo PA a porosidade aparente em porcentagem; Pu o peso (em g) do corpo-de-prova
úmido; Ps o peso (em g) do corpo-de-prova seco (em g); e Pi o peso (em g) do corpo-
de-prova imerso em água. Os resultados foram obtidos pela média aritmética de quatro
valores em corpos-de-prova distintos.
5.6.3. Retração Linear
Retração linear é a variação da dimensão linear do corpo-de-prova após a
queima, em porcentagem, depois de submetido a condições específicas de temperatura.
Valores positivos indicam que houve retração, e valores negativos, indicam que houve
expansão. Os corpos-de-prova foram medidos com paquímetro Starret com resolução de
0,05 mm, e com os valores dos seus comprimentos, calculou-se a retração linear de
queima (RL) utilizando-se a seguinte Equação:
100(%) x
Lo
LfLo
RL
−
=
(3)
Sendo RL a retração linear de queima em porcentagem; Lo o comprimento (em mm)
inicial (após secagem) do corpo-de-prova; e Lf o comprimento (em mm) do corpo-de-
prova após a queima. Os resultados foram obtidos pela média aritmética de quatro
valores em corpos-de-prova distintos.
5.6.4. Massa Específica Aparente
A Massa Específica Aparente (MEA) é a razão da massa do corpo-de-prova pelo
volume.
A MEA foi determinada utilizando-se a seguinte Equação:
PiPu
Ps
AA
PA
cmgMEA
−
==)/(
3
(4)
39
Os valores e o procedimento utilizados foram os mesmos dos itens 5.6.1. e 5.6.2.
Os resultados foram obtidos pela média aritmética de quatro valores em corpos-de-
prova distintos.
5.6.5. Tensão de Ruptura à Flexão em 3 Pontos
Para este ensaio foi utilizada uma maquina universal de ensaios da Shimadzu,
modelo AG-I com 250 kN de capacidade, alocada no laboratório do CTGAS, Figura 9,
sendo utilizada, para este ensaio uma célula de carga com capacidade de 50-kN e sensor
de carga máxima de 0,5 kN, a fim de se obter maior precisão dos resultados. Para
realizar o cálculo, os corpos-de-prova foram medidos nas três dimensões, utilizando-se
em seguida a seguinte equação para cálculo das tensões:
(5)
Sendo F é a força aplicada (em N); L a distância entre as duas barras de apoio (em mm);
b a medida da base do corpo-de-prova (em mm); e h a altura do corpo-de-prova (em
mm). Os resultados foram obtidos pela média aritmética de quatro valores em corpos-
de-prova distintos.
A finalidade deste ensaio é o cálculo da tensão de ruptura sendo esta a tensão
necessária para romper um corpo-de-prova.
40
Figura 9 – Vista da Maquina de Flexão CTGAS
5.6.6. Análise Microestrutural
As amostras foram analisadas, do ponto de vista da porosidade utilizando-se a
microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliar as eventuais transformações de
fase a fim de identificar as porosidades nos corpos-de-prova. Foi utilizada uma pequena
parte de corpo-de-prova de cada conjunto de amostras, cada parte foi fraturada para
submeter à análise de formas:
1. Microestrutura externa, com o objetivo de avaliar, principalmente, a
porosidade aberta e a textura do material; e
41
2. Microestrutura interna, com o objetivo de avaliar, principalmente, as
fases formadas, bem como a porosidade fechada.
As amostras foram ensaiadas em um microscópio eletrônico de varredura
(MEV) modelo SSX-550 da marca Shimadzu, sem nenhum tratamento prévio de
lixamento ou polimento. Estas foram metalizadas para tornarem-se condutoras, depois
foram fixadas em um porta amostras de alumínio com uma fita condutora de carbono.
Para analisar as amostras do ponto de vista das fases formadas, as mesmas foram
observadas na superfície da fratura, atacadas com acido fluorídrico (HF) numa
concentração de 2% em água destilada (H2O) buscando a revelação principalmente da
mulita, formada durante a queima.
42
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1. Caracterização das Matérias-Primas
As matérias-primas foram caracterizadas química e mineralogicamente com o
objetivo de identificar suas composições, seus elementos e suas fases.
6.1.1. Caracterização Química (FRX)
A Tabela 4 abaixo apresenta a composição química das matérias-primas, em
forma de óxidos, utilizadas neste trabalho, em percentual mássico, obtidos por
fluorescência de raios X.
Tabela 4 – Composição Química das Matérias-Primas
Concentrações em Peso (%)
Óxidos
Presentes
Argila
Feldspato
Caulim
Resíduo de
Caulim
SiO
2
TiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
MgO
CaO
K
2
O
Na
2
O
Outros
61,6
1,1
32,6
2,1
0.4
0,2
1,7
-
0,3
64,8
-
20,2
0,6
-
0,6
9,9
3,4
0,4
50,9
-
47,1
0,6
-
-
1,3
-
0,2
62,3
-
31,2
0,7
-
-
5,1
-
0,8
43
6.1.2 Caracterização Mineralógica (DRX)
As Figuras 10, 11, 12 e 13 a seguir, apresentam os difratogramas de Raios X das
matérias-primas utilizadas, Argila, Feldspato, Caulim e Resíduo de Caulim,
respectivamente.
Figura 10 – Difratograma de Raios X da Argila
O difratograma da Figura 10, da Argila, mostra os picos característicos, podendo
identificar as duas fases constituídas: Caulinita – Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
– e Quartzo – SiO
2
.
O difratograma do Feldspato, Figura 11, identificou como constituintes
majoritários, dois tipos diferentes de feldspatos (Microclínio – KAlSi
3
O
8
– e Albita
NaAlSi
3
O
8
) e Quartzo (SiO
2
) em sua estrutura cristalina. Contudo, ao se observar o
resultado da análise química e se comparar ao difratograma, verifica-se que o
microclínio é o mineral majoritário desta matéria-prima, seguido do quartzo e somente
bem abaixo, em termos de concentração, encontra-se a albita.
44
Figura 11 – Difratograma de Raios X do Feldspato
O difratograma obtido para o Caulim, Figura 12, minério rico no argilomineral
Caulinita, apresentou dois tipos de argilominerais: Caulinita – Al2Si2O5(OH)4 – e
Haloisita – Al2Si2O5(OH)4.2H2O.
Figura 12 – Difratograma de Raios X do Caulim
O difratograma obtido para o Resíduo de Caulim, Figura 13, apresenta minério
rico no argilomineral Caulinita (Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
e Mica Muscovita
45
((KAl
2
Si
3
AlO
10
(OH,F)
2
) como fases principais, e como fase minoritária o Quartzo
(SiO
2
).
2 θ
Figura 13 – Difratograma de Raios X do Resíduo de Caulim
46
6.1.3. Análises Térmicas
As Figuras 14 e 15 apresentam os resultados das análises termogravimétricas e
termodiferencial realizadas na Argila.
Figura 14 – Curva Termogravimétrica (TG) com derivada (DrTG) da Argila
Figura 15 – Curva Termodiferencial (ATD) da Argila
47
Com os resultados apresentados nas figuras anteriores, pode-se concluir que a
fração orgânica e a água higroscópica, incorporadas naturalmente à Argila, tiveram sua
redução entre 200ºC e 500ºC aproximadamente. Como se sabe, entre 500°C e 700ºC
ocorre a maior perda da água estrutural da caulinita. Na faixa de 950ºC a 1050ºC
observa-se um pico exotérmico na ATD situado a 952ºC. Acredita-se que nessa
temperatura tenham se formadas as fases de Espinélio Si-Al e de mulita ortorrômbica.
As Figuras 16 e 17 são representações gráficas das análises Termogravimétricas
e Termodiferencial respectivamente, do Feldspato. Observa-se que o valor de perda ao
fogo foi de 0,461%. Acredita-se que esse valor pode ser de água adsorvida ao material.
É possível que haja mica no Feldspato, e que tenha perdido hidroxilas. Observa-se na
ATD um pico endotérmico pequeno a 570ºC e outro, também, endotérmico a
temperatura de 631°C.
Figura 16 – Curva Termogravimétrica (TG) com derivada (DrTG) do Feldspato
48
Figura 17 – Curva Termodiferencial (ATD) do Feldspato
As Figuras 18 e 19 apresentam as curvas Termogravimétricas e
Termodiferencial, da amostra de caulim. Observa-se, na Figura 18, que entre 500ºC e
800ºC ocorre a maior perda de massa. A maior velocidade de perda acontece a 710,2ºC.
De acordo com a literatura, entre 500ºC e 700ºC a caulinita perde a água composicional.
Por isso, verifica-se o pico endotérmico na ATD na temperatura de 610ºC, relacionado à
perda de água. Já no pico exotérmico de grande intensidade na temperatura de 975ºC,
acredita-se que seja uma mudança de fase similar à ocorrida na argila, surgimento de
espinélio Si-Al e de mulita ortorrômbica.
49
Figura 18 – Curva Termogravimétrica (TG) com derivada (DrTG) do Caulim
Figura 19 – Curva Termodiferencial (ATD) do Caulim.
50
As Figuras 20 e 21 apresentam as curvas Termogravimétricas e
Termodiferencial, da amostra de Resíduo de Caulim. Na curva ATD, Figura 21,
observa-se um pico endotérmico referente a perda de água entre as temperaturas 100ºC
a 150ºC. É observada uma perda de massa de aproximadamente 0,3% na curva
termogravimétrica. Entre as temperaturas de 450ºC e 850ºC, ocorre a maior perda de
massa, devido a desidroxiliação da caulinita. A perda de massa ocorrida após essa faixa
de temperatura deve ser atribuída a desidroxiliação da mica. Na faixa de temperatura de
850ºC a 900ºC ocorre a transformação da caulinita em metacaulinita, observado pela
subida da curva nessa faixa de temperatura. Por volta de 948ºC ocorre a perda da
estrutura da metacaulinita.
Figura 20 – Curva Termogravimétrica (TG) com derivada (DrTG) do
Resíduo de Caulim
51
Figura 21 – Curva Termodiferencial (ATD) do Resíduo de Caulim
6.1.4. Granulometria
As Figuras 22, 23, 24 e 25 mostram os resultados da análise granulométrica da
Argila, Feldspato, Caulim e Resíduo de Caulim, respectivamente.
Verifica-se que a Argila apresenta a granulometria, após moída, entre 0,32 e 38
µm. Esta apresentou um valor de 37% em volume, abaixo de 2 µm, 59% entre 2 e 20
µm e somente 4% acima de 20 µm. A argila apresentou um diâmetro médio de
partículas de 5,70 µm.
52
Figura 22 – Distribuição Granulométrica da Argila.
O Feldspato depois de moído apresentou granulometria entre 0,32 µm e 40 µm,
dos quais 32% em volume têm diâmetro inferior a 2 µm, 63% têm diâmetro entre 2 e 20
µm e apenas 5% têm diâmetro superior à 20 µm. O diâmetro médio para o Feldspato foi
de 6,26 µm.
Figura 23 – Distribuição Granulométrica do Feldspato.
53
O Caulim apresentou granulometria entre 0,30 µm e 30 µm, dos quais 34% em
volume têm diâmetro inferior a 2 µm, 64% têm diâmetro entre 2 e 20 µm e apenas 2%
têm diâmetro superior à 20 µm. O diâmetro médio para o Caulim foi de 5,32 µm.
Figura 24 – Distribuição Granulométrica do Caulim.
O Resíduo de Caulim apresentou granulometria entre 1µm e 160 µm, dos quais
30% em volume têm diâmetro inferior a 20 µm, 50% têm diâmetro entre 20 e 80 µm e
20% têm diâmetro superior a 80 µm.
Figura 25 – Distribuição Granulométrica do Resíduo de Caulim
54
A Tabela 5 apresenta de forma simplificada a distribuição granulométrica nas
três faixas descritas anteriormente (< 2 µm; 2 µm a 20 µm; > 20 µm e resíduo > 44,0
µm).
Tabela 5 – Resumo da distribuição granulométrica das matérias-primas estudadas.
Distribuição Granulométrica (% em volume)
MATÉRIAS-
PRIMAS
TAMANHO
MÉDIO
< 2,0 µm
2,0 a 20
µm
> 20,0 µm
Resíduo
> 44,0 µm
Argila
Feldspato
Caulim
Resíduo de
Caulim
5,70 µm
6,26 µm
5,32 µm
10,00 µm
37,0
32,0
34,0
1,0
59,0
63,0
64,0
29,0
4,0
5,0
2,0
70,0
-
-
-
45,0
A partir da Tabela 5 pode-se perceber que o tamanho médio de partículas para
todas as matérias-primas encontra-se abaixo do usual do mercado. Isso de fato é
positivo, visto saber-se que quanto mais fina é a granulometria de uma massa, mais
rápidas ocorrem as reações de sinterização, podendo diminuir tanto o tempo e a
temperatura de queima, assim como a velocidade do aquecimento, proporcionando
menores custos de produção à empresa fabricante.
Ainda se pode notar que o valor do resíduo > 44,0 µm para as matérias-prima
argila, feldspato e caulim utilizadas, foi zero, ou seja, não houve partículas com
tamanho maior que 44,0 µm. Apenas o resíduo de caulim teve partículas > 44 µm.
55
6.2. Caracterização das Massas Cerâmicas
6.2.1. Evolução da Microestrutura em Função da Queima
As Figuras 26 a 29 apresentam os resultados das análises mineralógicas por
difração de raios X das amostras confeccionadas a partir das massas M1 a M4. Cada
figura apresenta o DRX das massas sinterizadas a uma temperatura de 1200ºC. Pode-se
verificar que para todas as amostras, quando queimadas nesta temperatura uma nova
fase surge, denominadas mulita (3Al2O3.2SiO2). A mulita, segundo a literatura é
formada a partir dos espinélio e aluminossilicato amorfo obtidos a 980ºC a partir de
argilas, como caulinita, ilita, além de outros aluminosilicatos. A formação da mulita
ocorre na faixa de 1150ºC-1250ºC.
Figura 26 – Difratograma de raios X da massa M1
56
Figura 27 - Difratograma de raios X da massa M2
Figura 28 – Difratograma de raios X da massa M3
57
Figura 29 – Difratograma de raios X da massa M4
6.3. Caracterização Física dos Corpos Sinterizados
Nos itens seguintes estão os resultados das análises físicas realizadas em cada
massa estudada, tais como: retração linear de queima (RL), absorção de água (AA),
porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), módulo de ruptura à
flexão (MRF).
6.3.1. Retração Linear de Queima
A Tabela 6 mostra o comportamento da retração linear dos corpos-de-prova
produzidos a partir da formulação das massas de M1 a M4. Os resultados abaixo são a
média de quatro corpos-de-prova por cada formulação.
Todas as massas foram queimadas a 1200ºC. Pode-se observar que os valores de
retração linear nas quatro massas estudadas estão bem próximos. Porém a massa M2,
alvo desse estudo, apresentou o maior valor de retração o que se pode concluir que este
58
aumento deve ter acontecido devido ao maior percentual do resíduo de caulim
possibilitando uma maior formação da fase liquida durante a queima.
Tabela 6 – Retração linear dos corpos-de-prova sinterizados
MASSA
RETRAÇÃO LINEAR
(%)
DESVIO PADRÃO
M1 8,02 0,246
M2 8,29 0,572
M3 7,35 0,286
M4 7,23 0,223
6.3.2. Absorção de Água
A Tabela 7 apresenta o comportamento da absorção de água dos corpos-de-
prova produzidos a partir das formulações das massas de M1 a M4. Os resultados são a
média de quatro corpos-de-prova por cada formulação.
Analisando os valores de absorção de água da tabela e comparando-os com os
parâmetros da Norma ABNT 13818-1997 concluí-se que todas as formulações se
enquadram no Grupo BIb para revestimentos tipo Grés. Pode-se observar que a
formulação M2, alvo do nosso estudo, com a substituição pura e simples do caulim pelo
resíduo de caulim na mesma proporção, apresentou resultado superior à massa M1,
podendo, inclusive, ser enquadrada no Grupo BIa para revestimentos tipo Grés
Porcelanato. Quanto as demais massas M3 e M4 apresentaram resultados muito bons,
comparados com a massa M1, de referência, que as classificam para uso em
revestimentos cerâmicos, no grupo do Grés.
59
Tabela 7 – Absorção de água dos corpos-de-prova sinterizados
MASSA
AA (%)
DESVIO PADRÃO
M1 1,00 0,243
M2 0,36 0,394
M3 0,87 0,243
M4 1,08 0,107
6.3.3. Porosidade Aparente
Os resultados de Porosidade Aparente dos corpos-de-prova cerâmicos
formulados a partir das massas de M1 a M4 estão apresentados na Tabela 8. Todas as
massas foram queimadas a uma temperatura de 1200ºC. Os resultados abaixo são a
média de quatro corpos-de-prova por cada formulação.
Se compararmos o resultado da massa M2, com resíduo de caulim na proporção
de 20%, concluímos que este é melhor que a massa M1, quanto as demais massas M3 e
M4, também, apresentaram resultados equivalentes a massa M1.
Tabela 8 – Análise de porosidade aparente
MASSA
PA (%)
DESVIO PADRÃO
M1
2,40 0,570
M2
0,86 0,935
M3
2,08 0,564
M4
2,57 0,248
60
6.3.4. Massa Específica Aparente
A Tabela 9 apresenta os resultados da análise da massa específica aparente dos
corpos-de-prova sinterizados a uma temperatura de 1200ºC a partir das massas de M1 a
M4. Os resultados são a média de quatro corpos-de-prova por cada formulação.
Em todas as formulações analisadas todos os valores obtidos para esta
propriedade ficaram dentro de valores esperados para esta faixa de temperatura,
utilizada para queima de cerâmicas de revestimento.
Tabela 9 – Massa Específica Aparente
MASSA
MEA (%)
DESVIO PADRÃO
M1
2,43 0,013
M2
2,42 0,017
M3
2,41 0,013
M4
2,40 0,006
6.3.5. Tensão de Ruptura à Flexão
A Tabela 10 apresenta o comportamento da resistência mecânica à flexão em
três pontos, dos corpos-de-prova correspondentes às massas de M1 a M4. Os resultados
são a média de quatro corpos-de-prova por cada formulação.
Os corpos-de-prova de todas as massas foram sinterizados a 1200ºC. Pode-se
observar que as massas com resíduo de caulim M2 e M3 apresentaram resistência
superior à massa M1, apenas a massa M4 com percentual de 10% do resíduo de caulim
ficou com a tensão abaixo da amostra padrão com caulim M1, isto devido à menor
quantidade de caulinita, conseqüentemente menor formação de mulita, porém este
61
resultado, ainda assim, é muito bom se comparado com trabalhos desenvolvidos com
cerâmicas de revestimentos.
Tabela 10 – Tensão de Ruptura à Flexão em três pontos
MASSA
TENSÃO DE FLEXÃO
(MPA)
DESVIO PADRÃO
M1
72,72 4,536
M2
94,04 13,401
M3
73,59 3,547
M4
63,25 5,455
6.3.6. Microestrutura dos Corpos-de-Prova Sinterizados por MEV
As Figuras 30 a 40 apresentam a caracterização microestrutural dos corpos-de-
prova sinterizados com a análise da superfície da fratura. Na Figura 30 tem-se a
microestrutura da formulação padrão (com Caulim) sinterizada a 1200
o
C (M1).
Verifica-se a presença de mulita finamente precipitada na matriz vítrea, assim como de
partículas de quartzo que não foram dissolvidas durante o processo de sinterização. Em
relação a porosidade, determinou-se cerca de 2,4 % (Tabela 8), o que está coerente com
o observado na microestrutura. Verifica-se também que a observação microestrutural é
coerente com as fases observadas no difratograma de raios X da formulação M1, no
qual tem-se a presença um certo teor de fase vítrea e de duas fases cristalinas: Quartzo e
Mulita. Na Figura 31 tem-se o detalhe da morfologia da Mulita formada na
microestrutura da amostra obtida da formulação M1 e sinterizada a 1200
o
C. Análise
química semi-quantitativa por EDS realizada nos pontos identificados na Figura 30 ( A,
B e C), comprovam a existência das fases mencionadas, conforme pode ser verificado
nas Figuras 30 e 31.
62
Figura 30 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova a partir da
formulação M1 sem resíduo de caulim sinterizada a 1200ºC.
Tabela 11 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C. Figura 30.
Elemento
Ponto A Ponto B Ponto C
C - 5,33 5,13
O 84,12 75,62 75,79
Na - - 1,35
Mg - 0,31 0,35
Al 0,74 8,10 4,86
Si 15,14 7,52 11,19
K - 0,44 1,03
Fe - 0,33 0,28
Zn - 2,19 -
S - - -
63
Figura 31 - Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova a partir da
formulação M1 sem resíduo de caulim sinterizada a 1200ºC.
Na região B que corresponde a uma fase vítrea a análise química pontual mostra
picos de grande intensidade de silício, o oxigênio aparece, também, com intensidade
média, como também aparecem outros elementos como o alumínio, o zinco, o potássio
e o ferro. No ponto C tem-se a análise química pontual da mulita. Pode-se notar pico de
grande intensidade de silício e picos de pequena intensidade de alumínio, oxigênio,
sódio, potássio manganês e ferro.
Na formulação M2 verifica-se que a microestrutura não apresenta variação
significativa em relação ao observado para a formulação M1 sinterizada nas mesmas
condições (Figura 32). Na formulação M2 tem-se a substituição completa do caulim
pelo resíduo de caulim. A microestrutura é constituída pela existência de uma provável
fase vítrea, quartzo e mulita. De forma geral, verifica-se uma tendência de que a Mulita
seja mais fina em comparação com a formulação M1. Em relação a porosidade
observada na microestrutura, praticamente não é possível detectar a existência de poros
através das micrografias analisadas.
O ensaio de porosidade aparente comprova tal observação, uma vez que o teor
de poros é de cerca de 0,8 %. A resistência mecânica a flexão em 3 pontos apresentou o
64
máximo valor para a formulação M2, refletindo assim a baixa porosidade encontrada.
O resíduo de caulim é composto por caulinita e por fases fundentes, o que pode ser
verificado também através da análise de Fluorescência de Raios X realizada (Tabela 4).
A substituição do caulim pelo resíduo de caulim provavelmente aumentou a quantidade
de fase líquida formada durante a sinterização, mantendo os mesmos teores relativos de
argila e de feldspato da formulação M1.
Figura 32 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova a partir da
formulação M2 com resíduo de caulim sinterizada a 1200ºC.
Na Tabela 12 tem-se o resultado da análise química realizada nos pontos A, B e
C identificados na Figura 32. Comprova-se assim o resultado da difração de raios X e a
observação da micrografia.
65
Tabela 12 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C. Figura 32
Elemento Ponto A Ponto B Ponto C
C 6,66 8,65 7,47
O 70,06 62,76 66,37
Na 0,59 0,88 1,18
Mg 0,27 0,47 0,43
Al 1,79 12,57 6,25
Si 20,17 12,45 15,76
K 0,43 1,24 1,86
Fe - 0,66 0,44
Zn - - -
S - 0,29 0,23
Na Figura 33 tem-se a micrografia da amostra M3 sinterizada a 1200
o
C.
Verifica-se a existência das mesmas fases observadas nas formulações M2 e M1. A
diferença fundamental da formulação M3 é que foi reduzido o teor de argila e de
Feldspato (35 % cada) e aumentou-se o resíduo de caulim para 30 %. Tal formulação
resultou em uma redução da resistência mecânica e aumento da porosidade da amostra.
O aumento do teor de resíduo de caulim de 20 % para 30 % não compensou a redução
da argila (caulinítica) e de Feldspato.
Na Tabela 13 tem-se o resultado da análise química realizada nos pontos A, B e
C identificados na Figura 33 o que vem comprovar os resultados da difração de raios X
e a observação micrográfica.
66
Figura 33 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova a partir da
formulação M3 com resíduo de caulim sinterizada a 1200ºC.
Tabela 13 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C. Figura 33
Elemento Ponto A Ponto B Ponto C
C 8,19 5,75 6,70
O 54,05 69,29 70,61
Na 0,56 0,79 0,97
Mg 0,42 0,36 0,35
Al 8,77 9,08 6,10
Si 23,90 12,84 13,18
K 2,87 1,17 1,56
Fe 1,05 0,53 0,37
S 0,18 0,17 0,16
67
O pior resultado tecnológico foi observado para a formulação M4, na qual apesar
de se ter um pequeno teor de resíduo de caulim (10%) aumentou-se a quantidade de
argila e de feldspato (45% cada). Na Figura 34 tem-se a micrografia da formulação M4.
Tal formulação alterou a relação de quartzo e fundente, assim como deve ter alterado as
condições estequiométricas para formação da Mulita, o que resultou em uma maior
porosidade e menor resistência mecânica.
Figura 34 – Micrografia por MEV da superfície do corpo-de-prova a partir da
formulação M4 com resíduo de caulim sinterizada a 1200ºC.
Na Tabela 14 tem-se o resultado da análise química realizada nos pontos A, B e
C identificados na Figura 34. O que vem confirmar os resultados da difração de raios X
e a observação micrográfica.
68
Tabela 14 – Análise química por EDS nos pontos A, B, e C. Figura 34
Elemento
Ponto A Ponto B Ponto C
C
5,23 6,85 4,34
O
74,81 67,66 77,68
Na
- 0,87 1,11
Mg
0,25 0,39 0,27
Al
1,35 10,17 4,94
Si
18,12 12,43 10,28
K
0,22 1,05 0,96
Fe
- 0,56 0,31
S
- - 0,10
69
7. Conclusões
Baseado nos resultados apresentados e discutidos nos capítulos anteriores chega-
se às seguintes conclusões:
1. A substituição do caulim pelo resíduo de caulim não influenciou de forma
significativa nos resultados, comparados com amostra padrão, sendo que estes estão
bem superiores ao especificado pela Norma ABNT 13818 – 1997.
2. Do ponto de vista da absorção de água, todos os resultados ficaram dentro do
especificado pela Norma ABNT 13818 - 1997
3. A substituição do caulim pelo resíduo de caulim na temperatura de queima
testada (1200ºC) para todas as massas estudadas M2, M3, e M4 a porosidade aparente
ficou compatível com a amostra padrão.
4. Quanto à massa específica aparente, observa-se que para todas as amostras
queimadas a 1200ºC em todas as formulações, o valor, também, foi compatível com a
massa padrão.
5. Ficou demonstrado, pelos resultados apresentados, que a substituição do
caulim pelo resíduo de caulim não altera as propriedades do produto final, o que torna o
resíduo de caulim uma matéria-prima com grande potencial de ser utilizado na
formulação de cerâmicas de revestimento, podendo melhorar, inclusive, as qualidades
técnicas das cerâmicas, de uma forma geral.
70
8. Sugestões para Trabalhos Futuros
Este trabalho estudou a substituição do caulim pelo resíduo de caulim para
obtenção de cerâmica de revestimento. Contudo, a pesquisa ficou restrita no âmbito
laboratorial, assim, sugerem-se outros temas a serem estudados a partir desta
dissertação:
1. Estudar a influencia da temperatura nos patamares de 1050ºC, 1100ºC, e
1250ºC com 40 e 50 minutos, tempo atual de queima das cerâmicas, com a finalidade de
verificar se as propriedades físicas melhoram em relação aos resultados obtidos neste
trabalho.
2. Estudar a mistura de outros resíduos, tipo rochas ornamentais, ao resíduo
de caulim para analisar suas potencialidades, ao tempo em que contribui para a
preservação do meio ambiente.
71
REFERÊNCIAS
ACCHAR, Wilson. Materiais Cerâmicos: Ciência e Tecnologia. EDUFRN, Editora da
UFRN, Natal, 2000.
ANFACER - Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmicas de Revestimento.
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