CaracterizaçÃo físico-mecânica de argilas não plásticas da região de poços de caldas



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Caracterização físico-mecânica de argilas não plásticas da região de Poços de CALDAs

A. G. P. Nunes, C. Manochio, F. F. Ribeiro, L. M. Faustino, C. D. Roveri, S. C. Maestrelli

Rodovia José Aurélio Vilela, 11999, BR 267 - Cidade Universitária, CEP 37715-400; e-mail: sylma.maestrelli@unifal-mg.edu.br

Universidade Federal de Alfenas – Campus Poços de Caldas



Resumo
As matérias primas tradicionais usadas na indústria cerâmica são principalmente cristais inorgânicos, não metálicos formados por processos geológicos complexos. Suas propriedades cerâmicas são frequentemente determinadas pela estrutura cristalina e composição química dos seus constituintes essenciais, pela natureza e quantidade dos minerais secundários presentes. Dentre as principais matérias primas tradicionais destacam-se as argilas, compostas essencialmente por argilominerais, além de matéria orgânica, sais solúveis, além de quartzo, pirita, mica, calcita, dolomita e outros materiais. A plasticidade da argila lhe confere capacidade de moldabilidade ou conformação, facilitando o processamento e aplicação da mesma. Neste trabalho foram investigadas as propriedades físico-mecânicas de argilas não plásticas da região de Poços de Caldas. Medidas de densidade e porosidade, além da curva de gresificação e ensaios de resistência mecânica foram realizados em seis amostras argilosas distintas de modo a diferenciá-las e direcionar uma aplicação específica para cada uma delas.
Palavras-chave: argila, gresificação, resistência mecânica, densidade, porosidade.
INTRODUÇÃO
No Brasil, fatores como a elevada produtividade, produção de baixo custo, disponibilidade de recursos minerais e energéticos e a contínua expansão do mercado consumidor permitem que o setor cerâmico cresça e adquira uma importância maior a cada dia. Juntamente com esses fatores, são inúmeros os estudos que objetivam aprimorar a tecnologia desse setor, não só na qualidade da matéria prima, como o aperfeiçoamento de todas as etapas de processamento e finalização (1,2).

A matéria prima de maior utilização na indústria cerâmica são as argilas, que podem ser definidas como rochas finamente divididas, constituídas essencialmente por argilominerais, podendo conter outros minerais como, por exemplo, quartzo, pirita, dolomita além de matéria orgânica e outras impurezas. Graças aos argilominerais presentes (quimicamente silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, podendo ainda conter certo teor de elementos alcalinos e alcalinos terrosos) associado ao baixo custo, as argilas apresentam grande utilização para aplicações tecnológicas (3,4).

Sabe-se que uma importante característica deste material é que este adquire certa plasticidade com a adição de água. Além disso, quando secas, se tornam rígidas e, quando queimadas numa temperatura suficientemente elevada, adquirem boas propriedades mecânicas. Estas propriedades tem papel fundamental no processo de fabricação, principalmente a plasticidade, que possibilita a preparação de um corpo a verde com boas características(5).

Ribeiro(6) define o conceito de plasticidade como sendo a propriedade de um material se deformar sem romper-se, quando aplicada certa força, e manter essa deformação quando a força for removida ou reduzida abaixo de certo valor. Sabe-se que a plasticidade de uma argila é proporcional quanto mais elevada for a força necessária para que ocorra a deformação.

De um modo geral, a plasticidade das argilas é a propriedade que interessa a toda indústria cerâmica, podendo variar sua exigência conforme o ramo industrial (7); entretanto, algumas argilas possuem baixa plasticidade com a adição de água. Poucos estudos foram realizados sobre esse tipo de material; porém, torna-se evidente a dificuldade em se trabalhar com este material em se tratando de técnicas comumente utilizadas no setor cerâmico (8).

Devido à falta de estudos na área, as argilas denominadas "não plásticas" são geralmente armazenadas em galpões ou a céu aberto, o que representa um prejuízo para as indústrias. Desta forma, este trabalho objetivou caracterizar as argilas não plásticas da região de Poços de Caldas buscando avaliar o potencial destas para a implantação nas indústrias cerâmicas. Neste trabalho são mostrados os resultados das propriedades físico-mecânicas de seis argilas não plásticas da região de Poços de Caldas.


METODOLOGIA
Seis amostras de argilas, denominadas AM1, AM2, AM3, AM4, AM5 e AM6, oriundas da região de Poços de Caldas, foram caracterizadas através de ensaios físico-mecânicos, a saber: porosidade e densidade aparente e ensaio de flexão a três pontos.

A caracterização do pó destas amostras foi realizada em uma etapa anterior da pesquisa(9); assim, este trabalho visa complementar a caracterização destas argilas, de modo a direcionar uma aplicação viável para as mesmas.

Para determinação das condições de queima de cada argila foi realizada a curva de gresificação de cada amostra. As amostras foram moídas por via úmida até obtenção de resíduo inferior a 1,0% em 0,063 m e posteriormente granuladas com 7,0% de umidade. Corpos de prova de 6,0×10-8 x 2,0×10-8 x 6×10-9  m³ foram prensados com pressão de 34,32 MPa e queimados em diferentes temperaturas em forno elétrico tipo mufla. Essas temperaturas foram AM1 – 1573,15 K; AM2 – 1573,15K; AM3 – 1673,15K; AM4 – 1673,15K; AM5 – 1673,15K e AM6 – 1773,15K, com velocidade de aquecimento de 18,21ºK/s e 3600s de patamar na máxima temperatura de queima.

Realizou-se posteriormente ensaios de determinação de porosidade aparente e densidade aparente baseados no princípio de Arquimedes em amostras prensadas uniaxialmente sobre uma carga de 1500 Kg e sinterizadas nas temperaturas oriundas dos ensaios de gresificação, durante duas horas em forno refratário convencional.

Para a caracterização mecânica, as amostras foram submetidas a ensaio de flexão a três pontos de acordo com a norma ASTM C 674-88.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As Figuras 1 a 6 ilustram as curvas de gresificação obtidas para cada amostra.

Fig. 1. Curva de gresificação (AM1). Fig. 2. Curva de gresificação (AM2).


Fig. 3. Curva de gresificação (AM3). Fig. 4. Curva de gresificação (AM4).


Fig. 5. Curva de gresificação (AM5). Fig. 6. Curva de gresificação (AM6).


A partir dos gráficos obtidos foi determinada a temperatura de queima ideal para cada amostra, a saber: AM1 – 1573,15 K; AM2 – 1573,15K; AM3 – 1673,15K; AM4 – 1673,15K; AM5 – 1673,15K e AM6 – 1773,15K.

Os resultados de porosidade aparente e densidade aparente são indicados na Tab. 1 a seguir. As amostras AM1, AM2 e AM6 apresentaram os maiores valores de porosidade aparente (em consonância com os dados obtidos na determinação da absorção de água), o que se deve à presença de elevado teor de óxidos refratários na composição destas, associada à presença de voláteis.


Tab. 1. Valores referentes à porosidade aparente e densidade aparente para cada amostra.


Amostra

Porosidade Aparente (%)

Densidade Aparente (Kg/m³)

AM1

19,11±1,09

0,00260±1,57E-05

AM2

8,83±1,20

0,00257±5,65E-05

AM3

3,28±0,87

0,00269±2,8E-05

AM4

2,86±0,90

0,00274±3,61E-05

AM5

5,37±1,27

0,00260±5,81E-05

AM6

7,33±1,47

0,00257±4,8E-05

A Figura 7 indica os resultados de resistência mecânica para as amostras submetidas a ensaio de flexão a três pontos. Os resultados obtidos são coerentes com aqueles apresentados na Tab. 1; ou seja, amostras com maior porosidade apresentaram menor resistência mecânica e vice-versa. A amostra AM3 apresenta maior resistência mecânica, o que pode estar associada à sua elevada presença de fundentes que diminuem a porosidade, aumentando a resistência devido à sinterização via fase líquida.



Fig. 7. Resistência mecânica das amostras.



CONCLUSÕES

A determinação de propriedades físico-mecânicas das argilas no presente trabalho, associada à caracterização preliminar já realizada nas mesmas (9), permitiu discutir destinações mais nobres para elas que, anteriormente, eram depositadas a céu aberto.

As argilas AM1 e AM5 apresentam potencial uso em refratários e formulação de massas para fabricação de porcelanato; a argila AM6 (já utilizada para correção de solos) vem sendo estudada como componente de massas asfálticas. Para as argilas AM2, AM3 e AM4 acredita-se no potencial uso em setores onde se exija porosidade final e resistência adquirida via sinterização fase líquida. Desta forma, das 6 argilas investigadas, 4 agora estão sendo utilizadas, indicando que esta pesquisa trouxe resultados promissores e efetivamente aplicáveis.
REFERÊNCIAS
1. JUNIOR, M. C; BOSCHI, A. O.; MOTTA, J. F. M.; TANNO, L. C.; COELHO, J. M., CARIDADE, M.; Panorama e Perspectivas da Indústria de Revestimentos Cerâmicos no Brasil. Cerâmica Industrial, 15 (3), Maio/Junho, 2010.

2. SANCHEZ SOTO P. J., DIAZ-HERNÁNDEZ J. L., RAIGÓN-PICHARDO M., RUÍZ CONDE A., GARCIA-RAMOS G., British. Ceram. Trans., 93, (1994), p. 196.

3. SANTOS, P. S. Tecnologia de Argilas aplicadas à indústria brasileira. Editora Edgard Blücher – EDUSP, São Paulo, 1975.

4. PEREIRA, C. G. Tecnologia de Produtos Refratários. Editora Tecnica PIPING LTDA, São Paulo, 1985.

5. RAWET J., SANTOS P. S., Cerâmica 26, 128 (1980) 193.

6. RIBEIRO, C.G; CORREIA, M. G.; FERREIRA, L.G; GONÇALVES, A. M.; RIBEIRO, M. J. P., FERREIRA, A. A. L.; Estudo sobre a Influência da Matéria Orgânica na Plasticidade e no Comportamento Térmico de uma Argila; Cerâmica Industrial, 9 (3) Maio/Junho, 2004.

7. CAMPOS, L. F. A.; MACEDO, R. S.; KIYOHARA, P. K. ; FERREIRA,H. C. Características de plasticidade de argilas para uso em cerâmica vermelha ou estrutural. Cerâmica vol.45 n.295 São Paulo, Maio 1999.

8. SANTOS, P. S. Propriedades cerâmicas de uma argila tipo “flint-clay” de Montes Claros, Minas Gerais, cerâmica 8 (32), 6 (1962).

9. FAUSTINO, L. M.; MAESTRELLI, S.C.; et all Study of the Application of Non-Plastic Clays from Poços de Caldas – MG. In: Eighth International Latin American Conference on Powder Technology, Florianópolis, 2011. Materials Science Forum (Volumes 727 – 728).

PHYSICAL-MECHANICAL CHARACTERIZATION OF NON PLASTIC CLAYS REGION OF POÇOS DE CALDAS

ABSTRACT

The raw materials used in the traditional ceramics industry are mainly inorganic crystals, non-metallic complexes formed by geological processes. Their ceramic properties are often determined by crystalline structure and chemical composition of their constituents, nature and quantity of secondary minerals present. Clays, which are mainly composed of clay minerals, organic matter, soluble salts, besides quartz, pyrite, mica, calcite, dolomite and other materials, can be quoted among the most traditional raw materials for ceramic products. The plasticity of the clays promotes their ability of shaping and facilitates their processing and application. In this work, we investigated the physical and mechanical properties of non-plastic clays in the region of Poços de Caldas. Measurements of density and porosity, mechanical strengh and gresification curve tests were performed for six samples of different clays to classify them and also to find a specific application for each one of them.


Key-words: clay, gresification, mechanical strength, density, porosity.

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