Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 02070



Baixar 62.16 Kb.
Encontro20.02.2018
Tamanho62.16 Kb.


Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 020700

30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianópolis – SC




ESTUDO DO PROCESSAMENTO DE ARGILAS COM ADIÇÃO DE FELDSPATO E DE VIDRO

L. E. G. da Silva; S. Ribeiro; M. M. S. M. Pereira

Polo Urbo Industrial Gleba AI-6, s/n, Bairro mondesir, Lorena- SP, CP 116, CEP: 12600-000, E-mail: lincoln@ppgem.faenquil.br

Faculdade de Engenharia Química de Lorena (FAENQUIL)- Departamento de Engenharia de Materiais(DEMAR)

RESUMO
Argilas são matérias primas usadas na fabricação de vários produtos cerâmicos, pois apresentam propriedades como plasticidade, resistência mecânica após sinterização, fácil processamento, etc. A incorporação em massas argilosas de resíduos industriais vem sendo estudada, pois minimiza a quantidade e o impacto que eles podem causar na natureza. Uma alternativa seria usar pó de vidro, rejeito da indústria de vidros, como aditivo em cerâmicas vermelhas. O objetivo do trabalho é testar a viabilidade desse pó em substituição ao feldspato como fundente na sinterização. Preparou-se duas misturas: argila + 10% de feldspato (AF) e argila + 6,9% de vidro (AV). Compactou-se os pós sob a forma de pastilhas, com pressão de 100MPa. Sinterizou-se ao ar, por 1 hora em temperaturas de 1150 e 1250C. As amostras sinterizadas apresentaram massas específicas de até 2,24 g/cm3, perda ao fogo de 11,2 e 14,3%, retração linear de até 10,3% e absorção de água mínima de 2,6%. Conclui-se que o vidro pode substituir o feldspato como aditivo de sinterização em argilas.

Palavras- chave: cerâmicas argilosas; resíduos de vidro; sinterização por fase líquida; propriedades físicas; preservação do meio ambiente.


INTRODUÇÃO
As argilas são silicatos hidratados de alumínio e ferro, que contêm elementos

alcalinos e alcalinos terrosos e são constituídos essencialmente por partículas denominadas argilominerais. Estes materiais apresentam granulação fina (inferior a 2 m de diâmetro) e adquirem plasticidade quando umedecidos, e tornando-se duros após a secagem e a queima(1).

A argila é uma matéria-prima utilizada na fabricação de uma série de produtos cerâmicos. As razões para isto são(2):


  • Apresenta plasticidade;

  • Apresenta resistência mecânica após queima adequada para uma série de aplicações;

  • Possibilita a aplicação de técnicas de processamento simples;

  • É disponível em grandes quantidades.

A incorporação de resíduos industriais em massas argilosas visando a obtenção de artefatos para usos diversos, sobretudo na construção civil, constitui-se atualmente em uma das melhores soluções para o problema ambiental associado ao destino desses resíduos. Este problema torna-se preocupante quando o resíduo industrial contém substâncias tóxicas que impedem seu lançamento direto no meio ambiente. Para as indústrias, a redução nos resíduos teria que ser feita pela modernização dos processos industriais, e isso representa um custo adicional que a maioria das empresas não pode arcar. Assim a solução seria a transformação desses rejeitos em subprodutos. Para tal, um dos métodos mais econômicos e eficientes é a incorporação desses rejeitos em outros materiais de baixo custo como cimento, asfalto e argila. No caso de argilas, para fabricação de artefatos queimados como tijolos e telhas, podem apresentar vantagens(2-5).

O feldspato tem sido geralmente usado como fundente. Entretanto, um problema que vem desgastando o setor cerâmico são as preocupações quanto ao abastecimento quantitativo e qualitativo de matérias-primas, que pode diminuir a competitividade dos produtos no mercado. No Brasil se nota uma acentuada escassez de feldspatos, principalmente nas regiões sul e sudeste, principais polos cerâmicos, e isso gera uma preocupação de se encontrar outro fundente que possa substituí-lo sem prejudicar as propriedades do produto final(6). Basegio e outros testaram um fonolito da região sul, que gerou bons resultados para o produto cerâmico(6).

O vidro é um rejeito industrial que não pode ser reaproveitado no próprio processo por vários motivos. O pó de vidro, se misturado às matérias-primas para a produção do vidro, é suspenso ao ar devido à ação dos queimadores, que sopram sobre os constituintes da mistura para que ocorra a fusão dos mesmos. Além disso, o pó de vidro adicionado gera bolhas no material porque possui ar entre as partículas. Ele é inerte, mas se levado aos rios pode aumentar o pH e a turbidez das águas.

Assim, uma nova alternativa seria a adição desse resíduo industrial em cerâmica vermelha, pois contribui como fundente em substituição ao tradicional feldspato.

O objetivo deste trabalho é verificar a viabilidade da sinterização de argila com pó de vidro em comparação com o fundente tradicional, o feldspato.
MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE

Materiais


1- Argila – fornecida pela São Simão S/A. A composição química é apresentada na Tabela I.

2- Feldspato – é um feldspato sódico tipo SN22, fornecido pela Prominex Mineração Ltda. Sua composição química é apresentada na Tabela I. Foram realizados testes para verificação do ponto de fusão do feldspato com a produção de cones pirométricos, que fundiram à temperatura de 1120C.

Tabela I– Composição química dos materiais (% em massa).


Composição

Argila

Feldspato

Pó de vidro

SiO2

47,38

69,0-72,0

72,4

Al2O3

30,83

16,5-19,5

0,7

Fe2O3

5,59

0,05-0,25

0,11

CaO

0,15

0,42

8,6

MgO

0,28

0,01

4,0

Na2O

0,083

7,6-8,5

13,6

K2O

0,54

1,0-2,0

0,3

TiO2

1,21

-

0,02

Perda ao fogo

14,0

0,40-0,55

-

SO2

-

-

0,2

3- Pó de vidro – é um resíduo gerado devido à lapidação de peças de vidro e respectiva lavagem, doado pela Blindex, empresa do Grupo PILKINGTON, cuja análise química consta na Tabela I. Também foram realizados testes para se determinar o ponto de fusão desse material, com a produção de cones pirométricos, que fundiram à temperatura de 900C.



Métodos


A Tabela II apresenta as quantidades de materiais usadas para obtenção das massas cerâmicas, que serão denominadas de misturas. Foram preparadas duas misturas, uma com argila e feldspato e outra com argila e pó de vidro. Usou-se 10% em massa de feldspato como ponto de partida. A quantidade de pó de vidro adicionado teve como base de cálculo os teores de Na2O e K2O contidos neste e correlacionados com as quantidades de K2O e Na2O no feldspato que foi utilizado, neste caso, como padrão.


Tabela II – Composição das misturas usadas (% em massa seca).


Mistura AF

Mistura AV

Argila

Feldspato

Argila

Pó de Vidro

90

10

93,1

6,9

As matérias-primas foram pesadas em balanças com capacidade de 2,5 kg, com precisão de 0,01. Após pesagem nas quantidades pré estabelecidas (tabela II), os materiais foram colocados em um moinho de aço revestido de alumina, com bolas de alumina para auxiliar a mistura. Esta mistura foi realizada em meio aquoso, durante 60 minutos. A suspensão foi separada das bolas de alumina por meio de uma peneira 20 mesh. As massas cerâmicas obtidas foram levadas a uma estufa, a 110oC, até umidade residual de aproximadamente 8-10%. O material obtido apresentou aglomerados que foram desfeitos através de uma desaglomeração manual.

Os pós foram compactados mediante ensaio de compactação realizado em Máquina Universal de Ensaio MST – modelo 810M (DEMAR) com limitação máxima de 80 kN. Utilizou-se matriz cilíndrica de aço temperado e retificado com diâmetro de 15,1 mm, sendo lubrificada com estearina para minimizar o atrito entre o pistão e as paredes da matriz. Realizou-se prensagem uniaxial em matriz de única ação de pistões, com pressão de 100 MPa, empregando-se velocidade de carga de 0,5 mm/min, com uma carga limite de 18 kN em 2,0 g de pó.

As amostras foram sinterizadas em forno de resistência de carbeto de silício ao ar atmosférico, sendo a mistura com pó de vidro a 1150°C e a mistura com feldspato a 1250°C, temperaturas acima dos pontos de fusão dos respectivos fundentes. O tempo de sinterização usado foi de 1 hora no patamar de sinterização, e as razões de aquecimento de 5C/min até 600C e 10C/min, de 600C até a temperatura desejada. Em 600C empregou-se uma isoterma de 0,5 hora.

Determinou-se a massa específica das amostras verde em função da pressão de compactação, até se atingir 100MPa, e das amostras sinterizadas pelo método geométrico, usando um paquímetro com precisão de 0,01mm e balança analítica com precisão de 10-5g.

Após sinterização, determinou-se a perda ao fogo das amostras segundo a Equação (A)(1) :


(A)
onde:

mv = massa da amostra verde (g);

ms = massa da amostra sinterizada (g);

% PF = percentagem de perda ao fogo.
A retração linear das amostras foi calculada a partir da Equação (B)(1) :
(B)
onde:

Dv = diâmetro da amostra a verde (mm);

Ds = diâmetro da amostra sinterizada (mm);

%RL = percentagem de retração linear.
O ensaio de absorção de água foi realizado com as amostras secas em estufas até massa constante, mergulhadas em água a 100 °C por 2 horas. Determinou-se a massa úmida, e então a absorção de água, segundo a Equação (C)(1).

Observou-se a superfície de fratura das amostras, obtida pela aplicação de um



(C)
onde :

mu = massa úmida (g);

ms = massa seca (g);

%AA = percentagem de absorção de água.
golpe no centro das pastilhas, em um Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), com uso de elétrons secundários (SE). Essas amostras foram cobertas com Au para tornarem-se condutoras.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Amostras a verde

São apresentados na Figura 1 os resultados de massa específica aparente das amostras compactadas em função da pressão aplicada no ensaio de compactação. Observa-se que a massa específica aumenta com o aumento da pressão, de forma que não se observa inflexões na curva de compactação. Isso pode ser explicado pela plasticidade da argila, que é o componente em maior quantidade nas misturas, fazendo com que o pó apresente um comportamento próximo ao ideal, com pouco atrito interpartículas e bom escoamento. Os três estágios de compactação ocorreram simultaneamente, sem uma definição precisa do início e do término de cada um. O comportamento de ambas as curvas de compactação foi semelhante devido às misturas apresentarem maior quantidade de argila em sua composição.

Analisando-se a Figura 2, observa-se que inicialmente o pó apresentava uma relação H/D (altura do pó/ diâmetro da matriz) de aproximadamente 0,73, isso para que se evitasse o problema do gradiente de densidade no compacto devido à má distribuição da tensão aplicada, que é mais elevada na parte superior, e diminui gradativamente com o decréscimo da altura. Observou-se que a massa específica de ambas misturas de pós aumentou com a diminuição da altura durante a compactação, o que era esperado.

Obteve-se amostras com dimensões de aproximadamente 15,5 x 5,6 mm². Houve uma expansão volumétrica dos compactos após o ensaio de compactação,




(a)



(b)

Figura 1- Gráficos da massa específica em função do log da pressão: a) Argila+Vidro e b) Argila+Feldspato.

devido à compressão elástica do corpo como um todo que ocorreu ao final do ensaio. Isso pode ser demonstrado pela diferença dos diâmetros do compacto e da matriz, 15,5 e 15,1 mm respectivamente.



Amostras sinterizadas


A Tabela III traz os resultados de massa específica, perda ao fogo, retração linear e absorção de água para as amostras sinterizadas.

(a)



(b)

Figura 2- Gráficos da variação da massa específica em função da relação altura/ diâmetro (H/D) dos compactos: a) Argila+Vidro e b) Argila+Feldspato

Tabela III- Caracterização das amostras sinterizadas.



Amostras

Massa específica (g/cm3)

Perda ao fogo (%)

Retração linear (%)

Absorção de água (%)

AF

2,24

11,2

8,75

2,6

AV

2,18

14,3

10,30

4,3

Observou-se que a mistura de argila com feldspato apresentou massa

específica um pouco maior que a com vidro. Isso pode ter ocorrido em função da perda ao fogo, que mostrou-se relativamente maior para a mistura com vidro, pois essa mistura era composta com maior quantidade de argila, material que sofre perda ao fogo.

A retração linear apresentou-se maior para a mistura com vidro. Como essa mistura demonstrou maior perda ao fogo, mantendo praticamente a mesma massa específica que a mistura com feldspato, era de se esperar que houvesse maior retração para compensar a perda de massa sofrida. Apesar de serem valores relativamente elevados de retração, podem ser adequados às aplicações desejadas.

Os valores de absorção de água para ambas as misturas, apesar de serem um pouco diferentes, estão de acordo com as normas para fabricação de tijolos maciços e blocos cerâmicos (<25%), de telhas (<20%), de revestimentos cerâmicos porosos (10%(1). Isso demonstra que os materiais obtidos podem ser utilizados em várias aplicações.

A superfície de fratura das amostras é apresentada na Figura 3.



(a)(b)

(c)(d)
Figura 3- Superfície de fratura das amostras AF e AV com aumento de 5kX (a) e (c), e de 10kX (b) e (d).

Observando-se a figura 3, percebe-se que a amostra com vidro e a com feldspato têm porosidade aproximadamente igual. Porém, o feldspato aparenta não ter fundido e molhado as partículas de argila tão bem quanto o vidro, mostrando assim uma microestrutura com vazios entre os grãos, o que não ocorre com o vidro, que ocupou a maioria dos espaços intergranulares.

Os grãos de argila são mais visíveis na amostra com feldspato, dando uma idéia de que a fratura transgranular foi predominante, ao passo que na amostra com vidro observa-se mais o aditivo que a argila, sugerindo uma fratura preferencial pelo contorno de grão (intergranular). Isso sugere que as cerâmicas aditivadas com vidro sejam mais tenazes, pois o caminho percorrido pela trinca na microestrutura é maior.
CONCLUSÕES
Baseando-se nos resultados obtidos, conclui-se que:


  • Os pós apresentaram um comportamento quase ideal durante o ensaio de compactação, pois a curva obtida não teve inflexões;

  • A perda ao fogo com material aditivado com vidro é maior que com feldspato, pois possui mais argila em sua composição;

  • As misturas apresentaram valores elevados de retração linear;

  • Os valores de absorção de água atendem às normas para a produção de vários artefatos cerâmicos;

  • A superfície das amostras fraturadas mostrou porosidade semelhante para as amostras aditivadas com feldspato e com vidro;

  • O vidro demonstrou ser um fundente tão bom quanto o feldspato para aditivar materiais argilosos, mesmo sendo usado em menor quantidade e sinterizado à temperaturas mais baixas.

AGRADECIMENTOS


Agradecemos à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) e à Blindex, empresa do grupo Pilkington, pelo apoio ao desenvolvimento desse trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. C. M. F. Vieira, J. N. F. Holanda, D. G. Pinatti, Dissertação de Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais- CCT/UENF, Campos dos Goytacazes, R.J.,

julho de 1997.

2. S. N. Monteiro, E. M. S. Oliveira, R. S. Santos, 41 Congresso Brasileiro de Cerâmica (1997), v. 1, p. 233.

3. N. I. W. Silva, O. Zwonok, F. Chies, 41 Congresso Brasileiro de Cerâmica (1997), v. 1, p. 285.

4. S. N. Monteiro, E. M. S. Oliveira, R. S. Santos, 13o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (CBECIMAT), 6-9 de dezembro de 1998, Curitiba- PR, p. 2788-96 (CD- ROM).

5. S. N. Monteiro, E. A. Carvalho, E. M. S. Oliveira, R. S. Santos, 13o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (CBECIMAT), 6-9 de dezembro de 1998, Curitiba- PR, p. 2835-43 (CD- ROM).

6. T. M. Basegio, F. A. Berutti, H. C. M. Lengler, C. P. Bergmann, 43 Congresso Brasileiro de Cerâmica, (1999) (CD- ROM).

CLAY’S PROCESSING STUDY WITH ADDITION OF FELDSPATIC AND GLASS


ABSTRACT
Clays are raw materials used in fabrication of various ceramic products, because exhibit properties how plasticity, mechanical resistance after sintering, easy processing, etc. The incorporation in ceramic masses of industrial residues is being studied, because one reduce the amount and the impact caused for its in nature. An alternative is to use glass powder, reject of glass industry, how addictive in red ceramics and objective of the work is to test the viability of this powder in substitution at the feldspatic how melting medium in sintering. Were prepared two mixtures: clay plus 10% of feldspatic (AF) and clay plus 6,9% of glass powder (AV). The powders were compacted under the pastille shape, with pressure of 100 MPa. Sintering at air, for 1 hour in temperatures of 1150 and 1250C. The sintering samples presented densities of until 2,24 g/cm3, lose at fire of 11,2 and 14,3%, linear shrinkage of until 10,3% and water absorption of 2,6% in minimum. Was concluded that the glass can to substitute the feldspatic how sintering additive in clays.

Key- words: clay; glass residues; sintering for liquid phase; physics properties; environments.

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal