Estudo de matérias primas cerâmicas alternativas para formulaçÃo de massas para revestimentos cerâmicos



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ESTUDO DE MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS ALTERNATIVAS PARA FORMULAÇÃO DE MASSAS PARA REVESTIMENTOS CERÂMICOS

J.E. Soares Filho, R.P.S. Dutra, H.S. Ferreira, R.R. Menezes

Rua Coronel Ascendino Feitosa, nº 278, Castelo Branco III, CEP: 58050-640, João Pessoa – PB. Email: elsinhofilho@gmail.com

Universidade Federal da Paraíba



RESUMO
A obtenção e a caracterização de matérias primas é a etapa inicial na produção de um revestimento cerâmico. Algumas matérias primas cerâmicas são bem conhecidas e estudadas com frequência, outras não. Esse trabalho tem como proposta inicial estudar três matérias primas cerâmica com provável potencial de serem utilizadas na composição de massas para fabricação de revestimentos cerâmicos. As matérias primas foram submetidas ao ensaio de difração de raios X, fluorescência de raios X e análise termogravimétrica, Resultados indicam que as três amostras têm potencial de serem utilizadas como matérias primas, com diferentes funções, na composição da massa cerâmica.

Palavras-chave: cerâmica, matérias primas, revestimento cerâmico.



INTRODUÇÃO

As matérias-primas cerâmicas podem ser classificadas como plásticas e não-plásticas. Embora ambas exerçam funções ao longo de todo o processo cerâmico, as matérias primas plásticas são essenciais na fase de conformação, enquanto que as não-plásticas atuam mais na fase do processamento térmico. As principais matérias-primas plásticas utilizadas no preparo das massas de revestimentos são argilas plásticas (queima branca ou clara), caulim e argilas fundentes (queima vermelha). Dentre as matérias primas não-plásticas destacam-se os filitos, fundentes feldspáticos (feldspato, granito, sienito etc.), talco e carbonatos (calcário e dolomito), sendo que o filito e o talco apresentam também características plásticas. O quartzo (material não-plástico) geralmente já está incorporado a outras substâncias minerais (argilas, filitos e fundentes feldspáticos).(1)

Alguns técnicos da indústria cerâmica já se deparam com a escassez de reservas de matérias-primas de boa qualidade em locais economicamente viáveis de exploração.(2)

Uma vez que possam vir acabar as nossas fontes de matérias primas ou reduzir consideravelmente de quantidade, faz-se necessário a busca de materiais alternativos que possam substituir ou complementar os materiais presentes nas atuais formulações de massas para revestimento cerâmico. Tais materiais podem ser oriundos de outros processos (caracterizando assim uma reciclagem de resíduos) ou não. A vantagem mais visível dessa busca de materiais alternativos é a preservação dos recursos naturais, prolongando sua vida útil e reduzindo a destruição da paisagem, fauna e flora.

Diante do exposto, a proposta geral deste trabalho foi de estudar três matérias primas como possíveis componentes das formulações de massas cerâmicas, caracterizando-as a partir dos ensaios de difração de raios X, fluorescência de raios X e analise termogravimétrica.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizadas três matérias primas, denominadas por CL-E, SR-E e SET-E, as quais foram obtidas de uma indústria de revestimento cerâmico, que tem a intenção de usa-las na fabricação de seus produtos. Após a coleta, as amostras foram coocadas em estufa a temperatura de 110°C por 24 horas, em seguida destorroadas e preparadas de acordo com a granulometria especificada para cada técnica de caracterização utilizada no presente estudo.

A fluorescência de raios X foi o método utilizado para determinação da análise química, utilizando o equipamento XRF – 1800 da Shimadzu. Para realização das mesmas foram utilizadas as matérias primas com granulometria inferior a 75 µm (200 mesh). Os resultados obtidos estão na forma dos óxidos mais estáveis dos elementos químicos presentes nas composições das fases que compõem as materias primas.

A difração de raios X foi o método utilizado para determinação das fases mineralógicas. As amostras foram analisadas com granulometria inferior a 75µm (200 mesh). O equipamento utilizado foi o XRD-5000 da Siemens. A avaliação das fases das materias primas foi realizada por comparação entre picos gerados no difratograma e as cartas padrões do software JCPDF cadastradas no ICDD (International Center for Difraction Date).

Dentre as técnicas de análise térmica foram utilizadas para este trabalho apenas as técnicas de Termogravimetria (TG) e Análise Térmica Diferencial (DTA). Utilizou-se o analisador termodiferencial DTA - 60H da Shimadzu, com análise simultânea.

A termogravimetria é uma técnica de análise térmica em que a mudança na massa da amostra é determinada como uma função da temperatura e/ou tempo.(3) A curva obtida de variação mássica versus temperatura (denominada curva TG) fornece informação referente à estabilidade térmica e composição da amostra inicial, a estabilidade e composição de qualquer composto intermediário que possa ser formado, e a composição do resíduo, se houver algum.

O DTA é a técnica na qual a diferença de temperatura entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura enquanto a substância e o material de referência são submetidos a uma programação controlada de temperatura. As curvas de DTA revelam que o material sofre mudanças durante seu aquecimento ou resfriamento. Essas variações de energia poder ser resultados de quatro causas principais: transição de fase, decomposições no estado sólido, reações com gases como o oxigênio (reações superficiais) e transição de segunda ordem (mudança de entropia sem mudança de entalpia).(4)



RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tab. 1 apresenta os resultados da composição química das três materias primas estudadas.



Tab. 1: Composição química das matérias primas em estudo.


Óxidos

Concentrações em Peso (%)

presentes

SET-E

CL-E

SR-E

SiO2

72,44

60,31

66,17

Al2O3

13,22

37,76

25,5

Na2O

6,05

_

0,15

K2O

4,85

0,75

1,25

CaO

1,37

0,11

0,7

Fe2O3

0,51

0,61

2,33

MgO

0,47

0,27

0,86

TiO2

0,15

_

1,63

OUTROS

0,63

0,08

0,77

Conforme resultados obtidos e apresentados na Tab. 1, os teores de Fe2O3 são baixos na amostra SET-E, na amostra CL-E e relativamente baixo (<3%) na amostra SR-E, o que proporciona um produto de tonalidade clara. Teores inferiores a 3% podem resultar em produtos de queima clara, contudo, nem sempre a uma proporcionalidade na razão direta entre a cor de queima e quantidade de óxidos de ferro. Isto pode ser atribuído às diversas possibilidades de combinação dos compostos de ferro com outros componentes da matéria-prima.(5) O Titânio em porcentagem superior 1% também pode ser responsável por variações de tonalidade após queima.

As amostras CL-E e SR-E apresentaram baixos teores de óxidos fundentes (Na2O, K2O, CaO e MgO) totalizando um teor de 1,13% e 2,96%, respectivamente. Os teores de SiO2 variaram nas matérias primas de 60,31 a 72,44%, este óxido contribui, quando submetido a elevadas temperaturas, para o aumento da resistência mecânica da massa, pois combinado com CaO pode formar silicatos de cálcio além de diminuir a retração da massa, já que durante a formação de fase liquida se comporta como se fosse o esqueleto do material.(6) As amostras, CL-E e SR-E, apresentaram teores elevados de óxido de alumínio (Al2O3), 37,76% e 25,50, respectivamente, que geralmente é associado ao mineral caulinita, sendo que a primeira amostra apresentou um maior teor, podendo ser classificada, quimicamente, como um material aluminoso. A amostra SET-E apresentou um teor mais baixo de Al2O3, 13,22%.

A Fig 1 correspondem a análise mineralógica por difração de de raios X das amostras CL-E (a), SR-E (b) e SET-E (c), respectivamente.



Figura 1: Difratogramas das amostras estudadas.

De acordo com o difratograma (a), a amostra CL-E é constituída de caulinita ((Al2Si2O5(OH)4), quartzo (SiO2) e óxido de cálcio e magnésio (Ca2Mn14O27·xH2O). O difratograma (b) indica que a amostra SR-E é composta de caulinita ((Al2Si2O5(OH)4), quartzo (SiO2) e óxido de titânio (TiO2). O resultado do difratrogama (c) da amostra SET-E, indica que a amostra é constituída por quartzo (SiO2) e por feldspato sódico, a albita (NaAlSi3O8) que atua como fundente na massa cerâmica. A presença dessas fases nos três difratogramas podem ser confirmadas com o resultado da fluorescência de raios X.

A Fig.2 a seguir refere-se às curvas de TG e DTA das amostras CL-E (a), SR-E (b) e SET-E (c), respectivamente.





Figura 2: Curvas TG e DTA das amostras estudadas.

As curvas termogravimétricas mostram a estabilidade térmica das matérias primas, enquanto as curvas de DTA possibilitam a detecção de picos endotérmicos e exotérmicos nas matérias primas. Observa-se que todas as matérias primas apresentam um pico endotérmico entre as temperaturas de 30°C a 170°C, referente à eliminação da água adsorvida fisicamente. Nota-se que a amostra CL-E foi o que apresentou menor intensidade deste pico.

Os minerais mais comuns nas argilas são reconhecidos pelos efeitos endotérmicos relativamente forte no intervalo de temperatura de 500°C a 600°C. Assim, entre 500° a 700°C ocorre a maior perda de água estrutural da caulinita.(7) Para o caulim e argilas cauliniticas, nessa faixa de temperatura, ocorre à transformação da caulinita para a metacaulinita. Isso se pode comprovar ao observar a curva DTA, que apresenta um pico endotérmico nessa mesma faixa de temperatura.

No quartzo, em temperaturas em torno de 570°C ocorre outro pico endotérmico, porem de baixa intensidade. Este pico está associado à transformação alotrópica do quartzo-α para o quartzo-β.

Na faixa de temperatura entre 960°C e 1000°C a metacaulinita sofre mudança de estrutura cristalina, passando para uma estrutura tipo Espinélio Si-Al e uma fase amorfa de sílica livre, além da mulita ortorrômbica. Esse comportamento é notório ao observar a curva DTA para as amostras CL-E e SR-E, que apresentam um pico exotérmico nesse intervalo de temperatura.


CONCLUSÕES
As amostras CL-E e SR-E, por apresentarem baixo teor de óxidos fundentes e elevados teores de óxido de alumínio podem atuar como matérias primas refratárias, enquanto a amostra SET-E por conter alto teor de SiO2 e relativamente altos teores dos óxidos fundentes pode atuar como material fundente na massa cerâmica.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CAPES pela bolsa concedida a um dos autores e ao CNPq e ao Laboratório de Solidificação Rápida LSR da UFPb pela realização dos ensaios
REFERÊNCIAS


  1. MARCIANO MOTTA, J.F.; JUNIOR, M.C.; TANNO, L.C. Panorama das matérias primas utilizadas na indústria de revestimento cerâmicos: Desafios do setor produtivo. Cerâmica Industrial, v.3, n.4-6 p. 30-38, 1998.



  1. MENEZES, R.R.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H.C. O estado da arte sobre o uso de resíduos como matérias-primas cerâmicas alternativas. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.6, n.2, p.303-313, 2002.



  1. WENDLANDT, W. W. Thermal Analysis. [S. l.]: John Wiley & Sons, 1986. p. 9-86.



  1. FIGUEIREDO GOMES, C. S. Argilas o que são e para que servem. Fundação Calouste Gulbekian, Lisboa, 1996.



  1. DUTRA, R. P. S.; ARAÚJO, P. A. S.; GOPES, U. U.; PASKOCIMAS, C. A. Estudo da variação de tonalidade de materiais cerâmicos tradicionais. Parte III: efeito da composição química das argilas. In: Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, 2005.



  1. REED, J. S. Principles of ceramics processing. 2. Ed. New York: John Wiley & Sons, 1995.



  1. SÁNCHEZ, E.; BARBA, A.; FELIU, C.; GARCÍA, J.; GINÉS, F.; SANZ, V.; BELTRÁN, V. Materias primas para La fabricación de suportes de baldosas cerâmicas. Castellón, instituto de tecnologia cerâmica – AICE, 1997.



STUDY OF CERAMIC RAW MATERIALS FOR THE FORMULATION OF ALTERNATIVES TO CERAMIC MASSES

ABSTRACT

Obtaining and characterization of raw materials is the initial step in the production of a ceramic coating. Some ceramic raw materials are well known and studied frequently, sometimes not. This work is proposed initial study three ceramic raw materials with likely potential for use in mass composition for the manufacture of ceramic tiles. The starting materials were subjected to the X-ray diffraction, X-ray fluorescence and thermal gravimetric analysis, results indicate that the three strains have the potential of being used as raw materials with different functions in the composition of the ceramic mass.



Keywords: ceramic, raw materials, ceramic coating.

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