ObtençÃo e caracterizaçÃo de corpos cerâmicos obtidos através de uma mistura de argila, tijolos refratários e lama vermelha procedentes da indústria de alumínio do estado do maranhãO



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Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica 020210

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



CARACTERIZAÇÃO DE CORPOS CERÂMICOS DE UMA MISTURA DE ARGILA, TIJOLOS REFRATÁRIOS E LAMA VERMELHA

PARTE I : UM ESTUDO PRELIMINAR


José Manuel Rivas Mercury

Departamento de Química

Centro Federal de Educação Tecnológica do Maranhão - CEFET-MA

Av. Getúlio Vargas, 04 – Monte Castelo - CEP 65025-001 – São Luís –MA

E:mail: rivas@cefet-ma.br e rivera@elo.com.br

Elson César Moraes

Departamento de Engenharia Mecânica e Produção

Universidade Estadual do Maranhão – UEMA - Campus, João Paulo IV – São Luis –MA

Celina Margarida de Oliveira Monteiro

Laboratório de Ensaios Tecnológicos de Argilas – LETA – SENAI-PI

Rua “D”, lotes 122/123, nº 840 – Distrito Industrial – Terezina –PI



RESUMO



No presente trabalho, estuda-se de forma preliminar a utilização de rejeitos industriais nocivos ao meio ambiente procedentes da industria de alumínio, visando a sua utilização na industria cerâmica estrutural. Foi estudado o comportamento mecânico e, as características cerâmicas de corpos confeccionados a partir de várias concentrações de Argila e rejeitos industrias (Lama Vermelha e Tijolos Refratários) procedentes da Indústria de Alumínio queimados em diferentes temperaturas (700 e 950ºC). Os resultados apresentem-se superiores quando comparados com as normas NBR - 6113, NBR 6220, NBR e com MB-305 da ABNT.


PALAVRAS CHAVES: LAMA VERMELHA, TIJOLOS REFRATARIOS

1 - INTRODUÇÃO

O Estado do Maranhão possui atualmente uma das maiores indústrias de produção de Alumínio primário do Brasil e do mundo. Para a produção de Alumínio é necessária a obtenção de Alumina através do processo Bayer, que utiliza a Bauxita como matéria-prima, como resultado desse processo é obtido como subproduto, um licor alcalino constituído basicamente de alcalis, sílica, ferro, titânio e outras impurezas[1], o qual é denominado de “Lama Vermelha” (Red Mud), que constitui um dos maiores problemas para o meio ambiente devido a sua elevada agressividade. Muitas tentativas de aproveitamento tem sido efetuadas durante os últimos anos[2-3], a sua dificuldade de utilização reside nas grandes quantidades produzidas no processo. Além deste problema surge também com a indústria do Alumínio o uso de Tijolos Refratários para a obtenção de Alumínio Metálico, que são utilizados nas salas de recozimento de ânodos e nas cubas da sala de redução do processo Holt-Herolt.


O rejeito industrial de refratários silico-aluminosos provenientes da indústria de produção do alumínio no Maranhão é constituído basicamente blocos chamados ”Super Duty Slag Resistant-ASTM”, onde são predominantes os constituintes Ferro, Alumina, Silício, Titânio e Magnésio. Já a Lama Vermelha que é constituída de uma mistura de alcalis, Titânio, Sílica e Oxido de Ferro são materiais que atuam na massa cerâmica como fundentes baixando o ponto de fusão, formando fase vítrea na matriz cerâmica.
São poucas as tentativas de utilização da Lama Vermelha na formulação de massas cerâmicas para uso na manufatura de produtos cerâmicos, entretanto, registram-se na literatura muitas tentativas de reutilização de materiais refratários e de resíduos sólidos industriais em cerâmica estrutural[3-4],
A presença de álcalis como, Na2O, K2O, TiO2, e de Fe2O3, Alumina, e SiO2 orientam para a formação um diagrama de fases composto por Al2O3 – SiO2 – Fe2O3 com a formação de fase líquida, que reduz a refratariedade do chamote de tijolo refratário, diminuindo, assim a temperatura de sinterização do material.[4]
Estes materiais são rejeitos da indústria de Alumínio e constituem uma fonte de matéria-prima para a fabricação de peças cerâmicas nas indústrias de Cerâmica Vermelha da região, visando a sua utilização, como material alternativo, de baixo custo, acessível as camadas de menor poder aquisitivo da população.
Neste estudo foram realizados ensaios de caracterização de compactos cerâmicos de dimensões 12 x 4, x 1 cm3, obtidos após prensagem uniaxial com carga de 24 ton., através da mistura de argila, tijolos refratários e lama vermelha em diferentes composições submetidos a tratamento térmico em temperaturas de 700 e 950ºC.
2 – MATERIAIS


  • Argila – Foi utilizada argila coletada na localidade de Pacas, município de Pinheiro na Baixada Maranhense, distante 200 km de São Luís.




  • Tijolo refratário – Amostra Industrial, rejeito do cozimento de ânodos para a industria de alumínio cedida pela ALUMAR (Alumínio do Maranhão S/A).




  • Lama Vermelha – Amostra industrial, resíduo proveniente do processo Bayer, cedida gentilmente pela ALUMAR (Alumínio do Maranhão S/A).


3 – MÉTODOS
Os materiais recebidos no laboratório foram processados da seguinte forma:
Argila – foi submetida a secagem natural, moagem em moinho de disco, desagregação em peneira ABNT nº 80.
Lama Vermelha – foi submetida a secagem a 110ºC em estufa.

Tijolos refratários – o material foi tratado em moinho de mandíbulas e peneirado em peneira ABNT nº 80.




Após pesagem de cada uma das matérias-primas e colhidas amostras para análises químicas, foram preparados corpos de provas com a seguinte composição em peso:



Tabela 1 – Composição em peso dos corpos de prova


Composição

Argila

Lama

Vermelha

Tijolo

Refratário

LV – 1


30%

20%

50%

LV – 2

40%

30%

30%

LV – 3

50%

40 %

10%

Misturados e homogeneizados os componentes de cada composição, foram confeccionados corpos de prova com dimensões 15 x 2,5 x 1,5 cm3, em prensa uni-axial com pressão de 24 ton., com umidade de 8 %. Os corpos de prova foram mantidos em estufa a 110ºC durante 24 horas, e queimados posteriormente em forno mufla com atmosfera oxidante a 700ºC e 950ºC com ciclo de queima de 3 horas, no patamar.


Os corpos de prova após tratamento térmico foram submetidos aos seguintes ensaios tecnológicos:
Perda ao fogo ( P.F) -

Porosidade Aparente (P.A.) – NBR – 6220

Massa Específica Aparente (MEA) – NBR – 6220

Tensão de Ruptura à Flexão em três pontos (TRF) – NBR – 6113

Absorção de água (AA) – NBR – 6220

Retração Linear (RL) – MB – 305



4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tabela 2 – Análise química das matérias-primas

Composto

Argila (%)

Lama

Vermelha (%)

Tijolo

Refratário (%)

SiO2

49,13

12,50

52,10

Al2O3

29,90

20,00

43,10

Fe2O3

3,40

40,00

1,51

TiO2

0,68

2,50

1,74

Na2O

0,17

5,00

---

K2O

1,30

---

---

CaO

Traços

5,00

0,15

MgO

0,21

Traços

0,35

Alcalis

---

---

1,25

P.F.

15,21

15,00

---

Nota-se na tabela 2 o elevado teor de fundentes Na2O (5,0%), Fe2O3 (40%). Na lama vermelha apesar do material ter sido coletado no último tanque de lavagem do processo Bayer, ou seja material já pronto para ser enviado a lagoas de estabilização, o teor residual de soda é ainda considerável, outro aspecto importante que pode ser observado é o seu elevado conteúdo de alumina e sílica que fazem deste material uma fonte de matéria-prima para a indústria cerâmica.

Tabela 03 – Valores limites das características cerâmicas para fabricação de tijolos maciços, blocos furados e telhas


Massa cerâmica para a fabricação de :

Tijolos Maciços

Tijolos Furados

Telhas

TRF da massa após queima (mínimo)

20 Kgf/cm2


55 Kgf/cm2


65 Kgf/cm2



Absorção d’água após queima

--

8% - 25,0%

8% - 20,0%



Tabela 4 – Resultados das características cerâmicas dos corpos de provas

A análise dos resultados da tabela 4, mostra que os valores de tensão ruptura à flexão (T.R.F.) dos corpos de prova ensaiados foram maiores que os estabelecidos como limites na tabela 3, para todas as composições (LV-1, LV-2, LV-3), para o uso em tijolos maciços, nas diferentes temperaturas de queima. Nota-se na mesma tabela 4, que para tijolos furados os valores da T.R.F. das composições LV-2 a 950ºC, e a LV-3 em ambas temperaturas (700, 950ºC) apresentaram valores superiores de T.R.F. quando comparados com os valores limites da tabela 3, tanto para tijolos furados e telhas. Observa-se também que a absorção de água em todas as composições e no intervalo de temperatura de trabalho esta dentro dos valores limites para tijolos furados, porém para telhas apenas a composição LV-3 a 950ºC, se apresentou abaixo dos limites esperados para e tijolos perfurados e telhas.



5 - CONCLUSÃO
Os resultados preliminares indicam que os materiais produzidos podem ser utilizados na fabricação de blocos na indústria Cerâmica Vermelha Estrutural.

Os materiais produzidos apresentaram propriedades mecânicas superiores quando comparados com as normas da ABNT[5].




REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

[01] – SOUZA SANTOS, P. – Ciência e Tecnologia de Argilas, 2a. ed., São Paulo: Edgar Blücher, 1989.


[02] – SOUZA SANTOS, P.; PUCCI, J.R. – Estudos preliminares sobre o emprego de lama vermelha como pigmento na fabricação de ladrilhos cerâmicos de piso. Enga. Miner. Metal., 1962.
[03] – SHREVE R. N.; BRINK, J.A. Jr. – Industriais de Processos Químicos., 2a ed., Rio de Janeiro: Guanabara dois, 1980.
[04] – NORTON, F.H. – Introdução à tecnologia cerâmica. – São Paulo: Edgard Blücher, 1973.
[05] – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS –ABNT – Características cerâmicas para blocos e tijolos maciços. NBR – 06113 /6220/MB-305.

ABSTRACT



In the present work, it is studied in a preliminary way the use of noxious industrial wastes to the environment coming from the aluminum industry, seeking its use in the structural ceramic industry. It was studied the mechanical behavior and the ceramic characteristics of bodies made starting from several concentrations of Clay and industrial wastes (Red Mud and Refractory Bricks) coming from the Industry of Aluminum, burned in different temperatures (700 and 950ºC). The obtained results come superiors when compared with the braziliam norms NBR - 6113, NBR 6220, NBR and with MB-305 of ABNT, for structural heavy clay products.
KEY WORDS: RED MUD, REFRACTORIES BRICKS,

RESUMEN
En el presente trabajo fue estudiado en carácter preliminar la utilización de residuos industriales nocivos al medio embiente procedentes de la industria de aluminio, objetivando su uso en la industria ceramica tradicional. Fue estudiado el com`portamineto mecánico y las caracteristicas cerámicas de compactos producidos a partir de varias concentraciones en peso de Arcillas, residuos industriales (Bloques refractarios y Lodo Rojo) procedente de la industria de Aluminio. Las probetas fueron submetidas a tratamineto termico en diferentes temperaturas (700 and 950ºC). Los resultados para los materiales ensayados fueron superiores a los valores patron presentados en las normas NBR - 6113, NBR 6220, NBR e com MB-305 da ABNT.
PALABRAS CLAVES: LODO ROJO, BLOQUES REFRACTARIOIS.

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