CaracterizaçÃo de argila do município de apodi/RN



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CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA DO MUNICÍPIO DE APODI/RN

I. J. C. Araujo (1); A. B. Vital (2); A. N. Vieira (4); P.T.C. Silva (1); R.P. Silva (4); M. C. D. Almeida(3) e K.C.L. Santos (3)

eng_igor_araujo@hotmail.com (R. Piracema, 4664, Natal – RN, CEP: 59088-480


  1. Departamento de Engenharia de Materiais (DEMat), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Campus Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil

  2. Departamento de Engenharia Química (DEQ), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Campus Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil

  3. Laboratório de Ensaios dos Materiais (LABEMAT), Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis (CTGÁS-ER), Natal, RN, Brasil

  4. Departamento de Engenharia Mecânica (DEM), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Campus Lagoa Nova, Natal, RN, Brasil

RESUMO
O estado do Rio Grande do Norte é conhecido por suas riquezas minerais e sua indústria de cerâmica vermelha. Para se produzir telhas, blocos e demais produtos cerâmicos com qualidade deve-se caracterizar previamente a argila como matéria-prima a ser utilizada no processamento posterior. O objetivo deste estudo é caracterizar uma argila oriunda do município de Apodi/RN, para tanto, foram feitas análises da composição química (FRX) e mineralógica (DRX) além de ensaios como análise termogravimétrica (TG), Análise Térmica Diferencial (DTA), Índice de Plasticidade (IP) e Perda ao Fogo (PF). Os minerais presentes nessa argila são quartzo e caulinita e, através da análise de composição química por fluorescência de raios X identificou-se que o material possui baixo teor de ferro, ratificando o aspecto resultante da queima das amostras, de cor clara.
Palavras-chave: Argila, Caracterização, DRX, FRX, Apodi.

INTRODUÇÃO
Argila é uma das materiais-primas mais importantes no proces­samento dos materiais cerâmicos, sendo utilizadas em quase todos os tipos de produtos cerâmicos. O segmento de cerâmica vermelha responde pela maior parcela deste consumo, devido ao grande número de indústrias e ao fato de ser praticamente o único tipo de matéria-prima empregada em seus processos produtivos (1). É caracterizada fisicamente por possuir conteúdo elevado de partículas, quando pulverizada e misturada com água em quantidade adequada; após secagem, torna-se consistente e rígida, e após sinterização a temperatura elevada, se superior a 1000ºC, adquire grande dureza. Os minerais argilosos são minerais constituintes e característicos das argilas, geralmente cristalinos, que quimicamente são silicatos hidratados, podendo conter cátions, tais como, Al, Mg, Fe, Ca, K e outros que estruturalmente se apresentam em camadas e folhas ou ainda, mais raramente, em cadeias ou fitas (2). Componentes comuns que desempenham um papel fundamental para o processamento ótimo e, portanto, o desempenho dos produtos finais, são Caulim para plasticidade, sílica como material de enchimento, e feldspato como agente fundente para baixar a temperatura necessária para formar uma fase vítrea que promove a densificação (4).

No Rio Grande do Norte existe um parque cerâmico que abrange empresas produtoras de blocos de vedação (tijolos 9x19x19), telhas, blocos estruturais, lajotas, além de outros produtos. Estas empresas estão predominantemente localizadas na zona rural, concentradas nas proximidades de Natal, no vale do Rio Açu, e na região do Seridó e Oeste. O setor é constituído predominantemente por microempresas, de gestão familiar ou associativa, de baixa demanda tecnológica. Estas características tornam este segmento muito importante para a economia do estado, porque geram empregos nestas regiões, contribuindo significativamente para fixar o homem ao campo, evitando a sua migração para as grandes cidades (3).

O objetivo deste trabalho é caracterizar uma argila proveniente do município de Apodi/RN, através de análises como FRX, DRX, TG, Perda ao fogo e índice de plasticidade e observar a viabilidade do uso deste material como argila para indústria cerâmica.


MATERIAIS E MÉTODOS
Após a coleta da argila na jazida localizada no município de Apodi, Rio Grande do Norte, Brasil, o material foi seco em estufa a 110 ºC por 24 horas, desagregado com almofariz de porcelana e em seguida moído manualmente até a passagem completa em peneira de 200 mesh (74m). O material passante na peneira passou por quarteamento e seguiu para os ensaios de caracterização. Foram realizados ensaios de difração de raios-X (DRX) para determinação de composição mineralógica, Fluorescência de raios-X (FRX) para composição química, Termogravimetria (TG) visando caracterizar o comportamento térmico da amostra, distribuição de tamanho de partículas através de granulometria a laser, perda ao fogo e plasticidade.

A análise mineralógica foi feita por um difratômetro de raios-X (DRX) Shimadzu, modelo XRD-6000, operando com a tensão e corrente de 40 kV e 30 mA, respectivamente, com radiação CuKα (λ=1.5406 Ǻ). Os padrões de difração foram identificados entre 2 e 80º com ângulo 2 a uma taxa de varredura de 2º/min.

A composição química foi realizada pelo método semiquantitativo da amostra em pó, sob atmosfera de vácuo, em fluorescência de raios-X, Shimadzu, modelo EDX 720, o qual identifica elementos contidos entre os elementos Sódio (Na) a Urânio (U).

O ensaio de termogravimetria (TG) foi realizado simultaneamente em instrumento de análise térmica, TA Instruments, modelo SDT Q600. A amostra foi aquecida desde a temperatura ambiente até 1000 ºC, com taxa aquecimento de 20 ºC/min, vazão de 100 ml/min e utilizando-se um cadinho de platina com 15 mg.

A plasticidade do material foi avaliada através da determinação dos limites de Atterberg: limite de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP) e índice de plasticidade (IP). Estes índices foram determinados usando o aparelho de Casagrande, de acordo com as normas NBR 7180 (ABNT, 1984b) e NBR 6459 (ABNT, 1984c).

A perda ao fogo foi feita após a argila ser seca em uma estufa pro 24 horas a temperatura de 110ºC, onde este foi aquecido em um forno mufla até 1000ºC por uma hora.




RESULTADOS E DISCUSSÃO
Análise química e mineralógica
A figura 1 mostra o gráfico de DRX obtido da argila Apodi. As fases identificadas foram Quartzo e Caulinita.

Figura 1 – Gráfico de difração de raios-X (DRX) da amostra estudada, mostrando as fases Quartzo e Caulinita.


A caulinita é formada pelo empilhamento regular de camadas 1:1 em que cada camada consiste de uma folha de tetraedros SiO4 e uma folha de octaedros Al2(OH)6, ligadas entre si em uma única camada, através de oxigênio em comum. Praticamente não existem substituições por cátions dentro da estrutura cristalina (5). A presença da caulinita confere plasticidade à argila estudada.

A análise de FRX mostrou a composição química da argila, como pode ser observado na tabela 1.


Tabela 1 – Composição química (%em peso) da amostra

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

K2O

TiO2

CaO

SO3

MnO

P.F.

75,85

20,96

1,03

0,83

0,55

0,46

0,18

0,08

0,01

3,09%

Observa-se um alto teor de sílica em sua composição química, correspondente à presença do Quartzo, seguido por cerca de 20% de Óxido de Alumínio, que junto com a sílica compõe a caulinita, como foi dito anteriormente. O baixo teor de óxido de ferro confirma a queima clara da argila, teores acima de 4% deixaria a queima escura. A perda ao fogo da argila foi baixa, cerca de 3%, evidenciando o baixo teor de matéria orgânica presente.
Análise Térmica
Existe um pico endotérmico significativo, o primeiro pico do gráfico de termogravimetria na figura 2, com o máximo a 110 ºC, devido a água líquida, isto é, a água que está como uma fase líquida preenchendo capilares na argila.

O segundo pico observado na figura 2 corresponde a uma perda de massa. Conforme apresentado nos resultados de DRX, a argila possui caulinita, esta inicia uma reação de desidroxilação a 450 ºC, que é completada a 600 ºC, demonstrada na reação 1.




conector de seta reta 1Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O Al2O3 * 2SiO2 + 2H2O (1)

Caulinita 500°C Metacaulinita


No terceiro pico, constata-se um ganho de massa. A 950°C, no caso de caulinita bem cristalizada, há um pequeno pico endotérmico antes do pico exotérmico intenso cujo máximo ocorre a 975°C. As caulinitas mal cristalizadas não apresentam esse pequeno pico endotémico. Devido à argila Apodi apresentar maior quantidade de fase caulinita em sua composição, com maior cristalinidade, este fenômeno ocorre.

Figura 2 – Curva de termogravimetria da amostra Apodi


Plasticidade
A argila se apresentou mediamente plástica, com índice de plasticidade 9,1, conferindo boa trabalhabilidade para uso na indústria cerâmica.
CONCLUSÕES
O estudo e caracterização de argilas são importantes para dar direcionamento a indústria cerâmica, no que diz respeito ao beneficiamento e processamento das argilas. A argila oriunda no município de Apodi contém Quartzo e Caulinita, baixa perda ao fogo e queima clara, devido ao baixo teor de óxido de ferro em sua composição química, além de apresentar média plasticidade, sendo então ideal para uso na indústria cerâmica para formulações de massas cerâmicas e posterior processamento (Blocos, telhas e etc.).
REFERÊNCIAS



  1. Dutra, R.P.S., Araujo, P.A.S., Macedo, R.M.P.R., Nascimento, R.M., Gomes, U.U., Martinelli, A.E., Paskocimas, C.A. Desenvolvimento de formulações de massas para a indústria de cerâmica vermelha do Rio Grande do Norte. Cerâmica Industrial, vol. 11, p. 41-47, 2006

  2. Galdino, J.N. Influência do teor e granulometria da calcita e da temperatura de sinterização no desenvolvimento de massas cerâmicas para revestimento poroso (BIII). Tese de doutorado, UFRN, Natal, 2010.

  3. Galdino, J.N., Junior, D.F.S., Lima, A.G.S., Pinheiro, A.S., Barbosa, T.T.N. Diagnóstico da indústria de cerâmica vermelha do estado do Rio Grande do Norte, Relatório final. CTGÁS-ER, Natal, 2012.

  4. Kamseu, E., Leonelli, C., Boccaccini, D.N., Veronesi, P., Miselli, P., Pellacani, M.G.U.C. Characterization of porcelain composition using two china clays from Cameroon. Ceramic International, vol. 33, p. 851–857, 2007

  5. Santos, P.S. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2º edição, Edgard Blucher, São Paulo, 1989.



CHARACTERIZATION OF CLAY OF APODI/RN COUNTY

ABSTRACT
The state of Rio Grande do Norte is known for its mineral wealth and its red ceramic industry. Thereby to produce tiles, blocks and other ceramic products of high quality should be characterized provided to clay as a raw material to be used in postprocessing. The objective of this study is to characterize a clay coming from the city of Apodi / RN, therefore, analyzes were performed of chemical composition (XRF), mineralogical (XRD), assays as well as thermogravimetric analysis (TG) and differential thermal analysis (DTA), Plasticity Index (PI), Loss on Ignition (LI). The minerals present in this clay are quartz and kaolinite, through analysis of chemical composition by xray fluorescence (XRF), It was identified that the material has low iron content, confirming the appearance resulting from the burning of samples, light color.
Keywords: Characterization, Clay, XRF, Apodi.




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