Efeito da adiçÃo de filler de basalto em massa cerâmica vermelha



Baixar 55.11 Kb.
Encontro07.02.2018
Tamanho55.11 Kb.


Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 040190

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




EFEITO DA ADIÇÃO DE FILLER DE BASALTO EM MASSA CERÂMICA VERMELHA

M.S. REBMANN, H.P.T. COELHO, A.R. SALVETTI

Universidade Federal de Mato Grosso do Sul -UFMS, Dpto de Física - CCET

C P: 549; CEP: 79070-900; Campo Grande MS; e-mail: rebmann@nin.ufms.br



RESUMO


Durante o processo de britagem do basalto para obtenção de brita é gerado um pó fino (filler) que adere à brita. Este pó é indesejável, assim, para valorizar o produto, as pedreiras lavam a brita. Neste estudo pretende-se encontrar uma utilização para este sub-produto, estudando o efeito da adição do filler em massa cerâmica vermelha constituída por folhelhos argilosos da região de Rio Verde de Mato Grosso/MS. Os resultados obtidos indicam que para baixas adições de filler (até 30%) quase não há alteração nas propriedades físicas do corpo cerâmico, podendo assim ser utilizado como material de enchimento. Para porcentagens maiores o filler confere novas propriedades ao produto cerâmico. Os resultados também indicam que o filler funde a uma temperatura em torno de 1200ºC. Nesta temperatura portanto o filler poderia ser utilizado como uma espécie de material fundente.

Palavras-chave: Filler, Basalto, Argila

INTRODUÇÃO


Durante o processo de britagem do basalto para obtenção de brita para a construção civil é gerado um pó fino (filler) que adere à brita. Este pó é indesejável para muitas aplicações, como por exemplo para a confecção de concreto, pois eleva o consumo de cimento. Assim, para valorizar o produto as pedreiras lavam a brita. O pó então é carreado para mananciais de águas superficiais, poluindo o meio ambiente, ou é depositado em tanques de decantação sem possuir utilização. Surge então a necessidade de se encontrar uma utilização para este produto.

Antes deste estudo a única alternativa de utilização do filler era na pavimentação, sendo utilizado tanto na base como na capa do pavimento. Como porém o basalto da região já possui bastante materiais finos, somente esta alternativa não é suficiente para consumir todo o volume de filler gerado. Outras alternativas, como o uso na agricultura, não foram efetivadas, principalmente por falta de apoio e recursos financeiros para viabilizar os estudos. Como alternativa, surgiu então a possibilidade de introduzir o filler na massa de argila utilizada para fabricação de cerâmica vermelha. Como há casos de cerâmicas que extraem a argila em locais afastados de até 200km, poder-se-ia assim obter uma redução no custo do frete.

Neste estudo, portanto, pretende-se estudar as características do filler e o efeito da sua adição em massa cerâmica vermelha.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram coletadas amostras de massa cerâmica, composta por folhelhos argilosos da Formação Ponta Grossa que afloram na região de Rio Verde de Mato Grosso/MS, e é utilizada pelas cerâmicas da região para fabricação de tijolos, lajotas e artesanato. As amostras de filler foram coletadas na pedreira Financial em Campo Grande (MS).

As amostras de filler foram secas e peneiradas em malha 80 Tyler/Mesh para os ensaios de análise térmica, peneira 150 Tyler/Mesh para os ensaios de análise química e 200 Tyler/Mesh para ensaios de difratometria de raios-x. As análises termogravimétricas foram realizadas utilizando o equipamento Shimadzu TGA-50, em cadinho de alumina com aproximadamente 60 mg de amostra. As análises termomecânicas foram realizadas utilizando o equipamento Shimadzu TMA-50H, em corpos de prova de aproximadamente 3mm de comprimento, moldados por prensagem manual no estado plástico, sendo que a carga utilizada no equipamento foi de 10g. Na análise térmica diferencial usou-se cadinho de alumina com aproximadamente 40mg de amostra, utilizando o equipamento DTA-50. Todas as análises térmicas foram realizadas com taxa de aquecimento de 10ºC/min e atmosfera de ar. Na análise por difração de raios-X utilizou-se o método de pó, realizado pelo equipamento Siemens D5000 e a análise química foi realizada pelo método de Plasma por Indução Acoplada com equipamento Ash ICAP-9000.

Para o teste da adição de filler em massa cerâmica, procuramos utilizar a massa nas mesmas condições de preparo da indústria local. As amostras de argila e filler foram peneiradas em malha Tyler 14 (abertura 1,19mm), secas e misturadas posteriormente em porcentagens de 0 a 100% de filler, em intervalos de 10%. Posteriormente, a mistura foi umidificada (8% de umidade), e deixada em repouso em sacos plásticos fechados por no mínimo 48 horas para homogeneização da umidade.

Os corpos de prova foram moldados em uma prensa hidráulica semi-automática da marca GABBRIELLI em forma de barras com massa, comprimento e largura de aproximadamente 50g, 10.6cm e 5.3cm, respectivamente, utilizando-se pressão de prensagem de aproximadamente 23MPa.

Os compactos prensados foram pesados e medidos com instrumentos de precisão da ordem de ±0,01g e ±0,005cm. Posteriormente, estes foram secos em estufa a 110°C por 24 horas, a fim de que se pudesse determinar a umidade de prensagem, a densidade aparente e a retração linear de secagem das diferentes amostras. Algumas amostras foram submetidas ao teste de ruptura à flexão para que se pudesse determinar o módulo de ruptura à flexão da peça seca (MRFs).

Queimou-se as amostras em temperaturas de 1000°C, 1100°C, 1150°C e 1200°C em forno do tipo câmara BRASIMET com taxa de aquecimento de aproximadamente 6°C/min, 30 minutos de patamar em 550ºC e 2 horas de patamar na temperatura final.

Para a caracterização dos corpos de prova após a queima, mediu-se a retração linear de queima (RLq), a variação de massa, a absorção de água (AA) e o módulo de ruptura à flexão em três pontos (MRFq), com flexômetro GABBRIELLI(1).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Ensaios de Caracterização do Filler
Notamos pelos resultados da análise química (tabela I) que o filler apresenta altos teores de óxidos de Fe, Ca e Mg o que pode indicar uma possível ação fundente. Além disso, notamos uma baixa perda ao fogo, indicando um baixo teor de matéria orgânica.

Realizamos ainda ensaios de análise de raios X que indicaram a presença de plagioclásio cálcico (feldspato), augita (piroxênio), esmectita de cálcio e magnésio, e traços de quartzo(2).


Tabela I: Análise Química da argila utilizada e do filler.

Amostra

Si02

Al2O3

Fe2O3

CaO

Na2O

K2O

MnO

TiO2

MgO

PPC

Argila(3)

50,86

29,13

6,56

0,04

0,13

1,89

0,02

1,36

0,93

8,95

Filler

51,87

14,41

11,93

9,49

2,63

0,93

0,22

1,10

5,62

1,61

Pelas análise térmicas da figura 1 podemos observar que até em torno de 900ºC, temperatura inferior àquela utilizada pelas cerâmicas locais, o filler apresenta-se praticamente inerte.


Figura 1: Análise Termogravimétrica (TGA) e Análise Térmica Diferencial (DTA) do filler.


Para temperaturas mais elevadas podemos observar, pela análise termo-dilatométrica da figura 2, que o filler dilata até em torno de 900º praticamente linearmente. Entre 900 e 1100ºC observa-se um patamar e a partir de 1100ºC inicia-se a contração do filler, indicando o início da reação de fusão. Em ensaios de fusão realizados em um forno de laboratório, observamos que a fusão ocorre entre 1150ºC e 1200ºC, sendo que os corpos queimados a 1150ºC conservaram a sua forma, enquanto que os queimados a 1200º transformaram-se em botões. Por estes resultados podemos imaginar que nesta faixa de temperatura, o filler poderia atuar como uma espécie de material fundente, conferindo assim novas características aos corpos cerâmicos.

Figura 2: Análise Termo-Dilatométrica (TMA) do filler.


Ensaios Tecnológicos
A tabela II apresenta os resultados de resistência dos corpos secos a 110ºC. Notamos que a resistência a seco, em relação ao corpo sem a adição de filler, diminui apenas 17% nos corpos com até 60% de filler. Isto possibilita o manuseio da peça cerâmica sem que esta sofra danos.

Tabela II: Módulo de Resistência a Flexão dos corpos secos a 110ºC em função da quantidade de filler.



Filler (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MRFs (MPa)

2,13

2,04

1,99

1,85

2,04

1,77

1,77

1,04

0,94

0,69

0,75

Com a finalidade de obter resultados que pudessem justificar a utilização do filler na massa cerâmica realizamos os ensaios de retração linear de queima, absorção de água e módulo de ruptura a flexão e determinamos densidade a seco (110ºC) e queimada, cujos resultados estão apresentados nas figuras 3, 4, 5 e 6, respectivamente, para baixas porcentagens de filler (até 30%). Os resultados mostram que a adição do filler não alterou significativamente as propriedades do corpo cerâmico. Apenas nas temperaturas mais altas, 1150ºC e 1200ºC, podemos observar uma variação mais visível, devido ao fato de nesta temperatura, o filler já entrar em fusão.




Figura 3: Retração linear de queima para baixas porcentagens de filler.




Figura 4: Absorção de água para baixas porcentagens de filler.




Figura 5: Módulo de ruptura a flexão para baixas porcentagens de filler.



Figura 6: Densidade a seco (110ºC) e queimada para baixas porcentagens de filler.


Aplicação industrial
Os resultados obtidos foram apresentados a um grupo de ceramistas do estado, em conjunto com o SEBRAE, incentivando-os a realizar um teste industrial com o filler.

Testou-se assim, em escala industrial, a introdução do filler em uma massa cerâmica utilizada na fabricação de tijolos extrudados (4). O filler foi misturado à matéria prima nas proporções de 10% e 20% e os produtos conformados foram queimados em forno túnel. Chegou-se à conclusão que com a introdução do filler pode-se obter produtos que possuem características semelhantes aos produtos sem o filler, sem prejuizos para o processo produtivo, como por exemplo aumento da amperagem da extrusora. Obteve-se até algumas vantagens como diminuição do tempo de secagem e redução do número de trincas na secagem e queima, devido à ação desplastificante do filler, além de um aumento da coloração vermelha do produto devido a maior presença de óxido de ferro.

Obteve-se resultado semelhante com lajotas extrudadas queimadas em fornos intermitentes e com adições de filler de 10 a 30%. O efeito da menor retração linear de queima para maiores porcentagens de filler possibilita a sua utilização na confecção de produtos usados no revestimento do piso de fornos intermitentes de queima baixa, aumentando sua durabilidade, pela diminuição das trincas de queima (5). Deve-se observar que a velocidade crescente de secagem do material com filler precisa ser acompanhada, para evitar empeno das faces das lajotas mais expostas ao ar nas pilhas de secagem.
Ação fundente do Filler
Como o filler apresenta em sua composição uma grande porcentagem de elementos fundentes, estendemos os estudos para verificar ainda a ação de porcentagens maiores de filler em corpos cerâmicos. Nas figuras 7, 8 e 9 apresentamos, respectivamente, os resultados dos ensaios de retração linear de queima, absorção de água e módulo de ruptura à flexão para corpos de prova cerâmicos nos quais foi introduzido o filler desde 0% até 100%, em intervalos de 10%. As temperaturas de queima utilizadas situam-se na faixa em que se inicia a fusão do filler.

Figura 7: Retração Linear de queima em função das porcentagens de filler.
Figura 8: Absorção de água em função das porcentagens de filler.

Figura 9: Módulo de ruptura à flexão em função das porcentagens de filler.


Notamos que para a temperatura de 1100ºC o filler atua de maneira a diminuir a retração linear. Esta variação é suave, segue sempre a mesma tendência e leva a formação de um corpo menos denso e com uma absorção de água maior. O módulo de resistência à flexão mantém-se aproximadamente constante até 30% de filler e a seguir decresce continuamente.

Já em uma temperatura maior (1150ºC), onde já se iniciou a fusão do filler, observamos que a variação oscila, apresentando inicialmente uma diminuição da retração linear e ocorrendo a seguir, para porcentagens altas de filler, um aumento da retração linear. A maior dispersão dos dados para altas quantidades de filler ocorre devido a fusão do filler que deforma os corpos de prova. A absorção de água mantém-se aproximadamente constante até 40%, aumenta gradativamente até 70% e mantém-se constante novamente. O módulo de ruptura à flexão apresenta inicialmente um aumento, apresentando um máximo em 20% de filler, e ocorrendo a seguir uma diminuição gradual.

Para temperaturas ainda maiores (1200ºC) os gráficos apresentam resultados apenas até 40% de filler, uma vez que os corpos com porcentagens maiores fundiram, impossibilitando a análise. A retração linear diminui suavemente, a absorção de água também diminui, chegando próximo de 0, para 40% de filler, e a resistência aumenta gradativamente.

Para observar mais especificamente o resultado da fusão do filler realizamos ainda um teste de fusão sobre um substrato de alumina na temperatura de 1200ºC. Observamos que o filler fundiu, formando uma espécie de esmalte que aderiu firmemente ao substrato. Com isto abrem-se possibilidades da utilização do filler em uma esmaltação rústica ou na composição da massa.


CONCLUSÃO
O filler de basalto apresenta-se praticamente inerte até temperaturas em torno de 900ºC, podendo ser utilizado como material de enchimento em produtos de cerâmica vermelha.

A introdução na argila é uma alternativa viável de utilização do filler, evitando-se assim problemas com poluição ambiental e podendo-se obter vantagens como redução do custo de produção.

O filler de basalto possui em sua composição materiais fundentes e começa a fundir em uma temperatura em torno de 1200ºC. A introdução do filler em proporções maiores pode alterar as características do produto cerâmico, quando queimado em temperaturas acima de 1100ºC. Nestas temperaturas as propriedades físicas dependem da porcentagem de filler e da temperatura de queima.

Observou-se ainda que pode-se utilizar o filler de basalto como uma espécie de esmalte rústico.


AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CAPES, CPq/PROPP-UFMS e ao SEBRAE/MS pelo apoio financeiro.
BIBLIOGRAFIA
1. P.S.SANTOS, Ciência e Tecnologia de Argilas, Edgard Blucher Ltda., São Paulo, SP., Brasil(1989).

2. DANA, James D., Manual de Mineralogia, Livros Técnicos e Científicos Editora S/A., Rio de Janeiro, 1969.

3. RODRIGUES, H.M., Estudo de Argilas do Estado de Mato Grosso do Sul, Campo Grande, UFMS, 1998. Dissertação de Mestrado.

4. Maia, J.Q.L.; Salvetti, A.R.; - Utilização de Resíduo de Basalto moído na fabricação de tijolos extrudados; Artigo a ser apresentado no 45CBC, 2001.

5. Coelho, H.P.T., - Caracterização do Filler Basáltico: Estudo de caso na pedreira Financial em Campo Grande – MS Monografia de Especialização no curso de Pós-graduação em Saneamento Ambiental da UFMS, Campo Grande, UFMS, 2001

Abstract
Effect of basalt filler addition to heavy clay products


During the process of basalt grinding for gravel attainment a fine dust (the filler) is generated, which adheres to the gravel. The dust is undesirable, and thus, to increase the value of the gravel, it's washed out at the quarries. This study was intended as to find a use for this sub-product, by studying the effect of the filler addition to heavy clay products made of clay extracted from the Ponta Grossa Formation, in Rio Verde de Mato Grosso/MS, Brazil. The obtained results indicate that for a low addition of the filler (up to 30%), almost no changes occur on the ceramic body's physics, thus, allowing it's use as a wadding material. For higher percentages, however, the filler grants new physical properties to the ceramic product. The results also show that the filler fuses around 1200°C. At this temperature, therefore, the filler can also be used as a kind of fusing material.


Key words: filler, basalt, clay

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal