FORMULAÇÃO DE MASSAS CERÂMICAS PARA A FABRICAÇÃO DE PRODUTOS DA CERÂMICA VERMELHA

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1 ORULAÇÃO DE ASSAS CERÂICAS PARA A ABRICAÇÃO DE PRODUTOS DA CERÂICA VERELHA R. C. dos Santos*, L. N. L. Santana, R. R. enezes, J. V. Neto,.. Dantas, R.. Rodrigues, T. G. de Souza Unidade Acadêmica de Engenharia de ateriais UAEa Centro de Ciências e Tecnologia CCT Universidade ederal de Campina Grande UCG Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, Campina Grande-PB, Brasil, * renato.materiais@gmail.com RESUO As matérias primas que fazem parte das massas utilizadas para fabricar produtos da cerâmica vermelha apresentam características químicas, mineralógicas e granulométricas que terão influência sobre o processamento e as propriedades finais dos produtos. Este trabalho teve como objetivo formular massas cerâmicas para a fabricação de produtos da cerâmica vermelha utilizando argilas provenientes de jazidas do estado de Pernambuco. Para tanto, as matérias primas foram caracterizadas através das técnicas de análises química, mineralógica e granulométrica, e pela determinação do índice de plasticidade; e foram formuladas massas buscando atender aos requisitos estabelecidos pelo Diagrama de Winckler. Os corpos de prova foram conformados por prensagem e submetidos a tratamento térmico (secagem e queima) para avaliação das propriedades tecnológicas. Os resultados mostraram que uma das massas formuladas apresentou características que a torna adequada para a fabricação de tijolos de alvenaria. Palavras-chave: matérias primas, cerâmica vermelha, propriedades tecnológicas. INTRODUÇÃO A indústria de cerâmica vermelha está entre as indústrias mais tradicionais do mundo no que diz respeito à fabricação de materiais voltados a construção civil, bem como representa o segmento cerâmico com maior volume de movimentação de materiais, fazendo-se presente na maioria das construções do Brasil (1). 1873

2 As empresas de cerâmica vermelha utilizam na formulação das massas diferentes tipos de argilas, com distintas características físicas e mineralógicas. Uma massa cerâmica não pode ser constituída apenas por argila muito plástica. A adição de outros materiais não plásticos, chamados de desplastificantes ou reguladores de plasticidade, favorece a obtenção de massas com plasticidade adequada ao processamento (2). uando se analisa uma massa de composição binária, as propriedades dependem da proporção dos componentes e do empacotamento adquirido, ou seja, da distribuição granulométrica resultante na mistura. Para encontrar as melhores proporções é necessário realizar testes que definam de forma adequada a variação nas propriedades, associada à composição, resultando num planejamento adequado e uso racional das matérias primas (3). O estudo das massas argilosas empregadas nas indústrias de cerâmica vermelha tem como finalidade buscar informações que possam favorecer a obtenção de produtos de melhor qualidade, seja por mudanças nas formulações das misturas ou por melhorias no processo de fabricação. Alguns trabalhos vêm sendo desenvolvidos nos últimos anos buscando melhorar a formulação de massas da cerâmica tradicional (4), alguns enfatizando a distribuição granulométrica (3). A composição granulométrica exerce um papel de suma importância no processamento e nas propriedades dos diversos tipos de produtos. Para cada produto, há uma distribuição granulométrica específica e que parece ser a mais adequada, sendo o diagrama de Winckler uma ferramenta poderosa para a determinação destas composições (5). A distribuição do tamanho de partícula influencia sobre a densidade aparente do corpo a verde, o que dependerá do tamanho das partículas e da quantidade de cada faixa granulométrica, ou seja, como as partículas são empacotadas. Um bom empacotamento de partícula é obtido quando partículas finas preenchem o espaço vazio entre as partículas maiores. A distribuição do tamanho de partículas da argila também influencia diretamente a condutividade térmica efetiva (6). Além disso, um compacto com uma estrutura de empacotamento de partículas homogênea é muito importante para a produção de cerâmicas com alta performance e qualidade (7). Esse trabalho teve como objetivo formular massas, enfatizando a composição química e granulométrica das argilas, visando obter uma composição cujo 1874

3 empacotamento das partículas atendesse as especificações adequadas para a fabricação de produtos da cerâmica vermelha. ATERIAIS E ÉTODOS Para desenvolvimento deste trabalho foram utilizadas argilas fornecidas por uma indústria de cerâmica vermelha do Estado de Pernambuco, respectivamente identificadas por argila 01 e argila 02. O trabalho se inicia com a coleta e a preparação das amostras de argilas naturais seguindo a metodologia descrita em Souza Santos (1992) (8). Para a determinação da composição química das amostras foi utilizado um equipamento de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX-720 da marca SHIADZU). A análise mineralógica por difração de raios X das argilas na forma de pó foi realizada em equipamento XRD 6000 da SHIADZU, com radiação CuK, tensão de 40kV, corrente de 30 ma, passo de 0,02º, tempo de contagem de 0,6s e com varredura entre 5 e 60 o. A análise granulométrica das amostras foi realizada no equipamento de granulometria a laser, pela técnica de espalhamento a laser (Cilas 1064 LD). O índice de plasticidade das amostras foi determinado pelo método de Casagrande. Dando continuidade ao trabalho, foram desenvolvidas formulações de massas cerâmicas de acordo com os valores observados das composições granulométricas e utilizando peneiras em malhas 80 e 100, conforme apresentado na Tab. 1. Tab. 1 ormulação das massas A e B. ormulação Argila 01 (%) Argila 02 (%) Total (%) assa A 50 (#80) 50 (#100) 100 assa B 50 (#100) 50 (#80) 100 Em conformidade com a metodologia proposta por Souza Santos (1992) (8), foram confeccionados corpos de prova retangulares. Em seguida, os corpos de prova foram submetidos a queima nas temperaturas de 800, 900 e 1000ºC, com taxas de aquecimento de 5, 10 e 15ºC/min. Após a queima, foram analisadas as seguintes propriedades tecnológicas: retração linear de queima (RLq), absorção de água (AA), porosidade aparente (PA) e resistência mecânica à flexão (R), esta pelo método de três pontos. Os resultados foram comparados com valores limite, 1875

4 preconizados em laboratório para massas cerâmicas vermelhas, segundo a literatura consultada (8). RESULTADOS E DISCUSSÃO A composição química das argilas analisadas encontra-se na Tab. 2. Observase que as amostras apresentam uma composição típica de argila para cerâmica vermelha, com predominância de SiO 2 e Al 2 O 3 e altos teores de e 2 O 3, que confere o tom avermelhado aos produtos após a queima. Tab. 2 Composição química das argilas estudadas. atérias primas / óxidos (%) SiO 2 Al 2 O 3 e 2 O 3 K 2 O go CaO TiO 2 Na 2 O Outros óxidos Total Argila 01 50,58 37,27 7,86 1,87 1, , , Argila 02 53,10 34,57 6,99 2,49 1,14 0,34 1, , Comparando a composição química da argila 01 com a da argila 02, observase que há certa semelhança entre os percentuais de óxidos presentes e que a argila 01 apresenta menor razão SiO 2 /Al 2 O 3, o que provavelmente esta relacionado ao menor teor de sílica livre. uanto aos óxidos alcalinos (K 2 O e Na 2 O) e alcalino terrosos (go e CaO), pode-se observar que as argilas contêm elevados teores, o que é um indicativo de que há uma concentração razoável de feldspatos nas amostras. Há de se destacar que não foi detectado a presença de Na 2 O em nenhuma das amostras. A análise mineralógica por difração de raios x das argilas 01 e 02 estudadas é discutida com base no difratograma da ig ica C-Caulinita - uartzo - eldspato C Argila 01 C C Argila 02 C C C ig. 1 Difratograma das argilas 01 e

5 O difratograma da argilas analisadas (ig. 1) apresenta basicamente picos característicos das seguintes fases cristalinas: caulinita, mica, quartzo e feldspato. A presença de caulinita é caracterizada pelas distâncias interplanares de 7,07 e 3,56Å; o quartzo é caracterizado por 4,22 e 3,32Å; a mica por 9,93Ǻ e o feldspato pelas distâncias interplanares de 4,29 e 3,26Ǻ. Os difratogramas (ig. 1) estão de acordo com os observados em outro trabalho utilizando argilas para cerâmica vermelha (2). A Tab. 3 apresenta a fração acumulada dentro de algumas faixas de distribuição granulométrica das argilas e das massas analisadas. Observa-se que as argilas 01 e 02 apresentam fração argila abaixo do mínimo indicado pelo diagrama de Winkler para massas cerâmicas visando a produção de produtos da cerâmica vermelha, no entanto, a argila 02 apresenta percentuais de partículas médias e grossas dentro do desejado. Tab. 3 ração acumulada por faixas de tamanho de partículas das argilas e das massas analisadas. Amostras / ração acumulada (%) Argila 01 Argila 02 assa A assa B < 2μm 7,92 11,46 16,05 8,49 2 a 20μm 41,54 46,10 53,24 42,89 > 20μm 50,54 42,44 30,71 48,62 uanto as formulações, observa-se que a massa A apresenta composição granulométrica que está de acordo com o diagrama de Winkler, cujos percentuais de partículas finas, médias e grossas estão dentro da faixa ideal para a produção de tijolos maciços. uanto a massa B, esta apresenta fração argila abaixo do mínimo indicado para massas visando a produção de produtos da cerâmica vermelha, inclusive para a produção de tijolos maciços, mesmo apresentando percentuais de partículas médias e grossas dentro da faixa ideal para a fabricação dos mesmos. De acordo com os resultados obtidos após a avaliação do índice de plasticidade das argilas, verifica-se que os valores apresentados pelas argilas 01 e 02, respectivamente 12,96 e 17,95%, estão dentro do intervalo observado para cerâmica vermelha, que é de 10 a 30%, bem como observa-se que a argila 01 pode ser classificada como mediamente plástica (7<IP<15) e a argila 02 como altamente 1877

6 plástica (IP>15). Esses resultados estão condizentes com a composição química e granulométrica das amostras analisadas. Na Tab. 4 estão os resultados referentes às propriedades tecnológicas dos corpos de prova das massas A e B, processados por prensagem e sinterizados nas temperaturas de queima de 800, 900 e 1000ºC, com taxas de aquecimento de 5, 10 e 15ºC/min. Tab. 4 Propriedades tecnológicas dos corpos de prova das massas A e B. Temp. (ºC) 800 RLq(%) AA (%) PA (%) R (Pa) Taxa assa assa assa assa assa (ºC/min) A B A B A assa assa assa B A B 5 0,93 0,98 25,31 24,41 40,06 39,45 1,43 1, ,91 0,95 25,06 24,31 39,99 39,27 1,47 1, ,84 0,88 25,37 24,56 40,27 39,87 1,42 1,41 5 1,54 1,68 25,16 24,64 40,69 40,01 1,89 1, ,44 1,68 25,35 24,44 40,68 39,56 1,99 1, ,58 1,62 24,88 24,61 40,19 40,03 1,81 1,78 5 1,88 1,97 24,44 23,83 39,86 39,37 1,94 2, ,87 2,05 24,29 24,17 39,71 39,73 2,20 2, ,93 1,94 24,59 24,16 40,04 39,71 1,93 2,25 Analisando os dados, observa-se que os maiores valores encontrados para retração linear de queima foram para os corpos de prova submetidos a 1000ºC e os valores de absorção de água verificados foram superiores a 20%, valor máximo admissível para fabricação de telhas, e próximos a 25%, valor máximo admissível para fabricação de blocos (8). uanto a porosidade aparente, observa-se que os valores estão fora do especificado que é de no máximo 35% de porosidade. Já com relação a resistência mecânica à flexão, observa-se que de forma geral à medida que foi elevada a temperatura de queima, ocorreu um ligeiro aumento da resistência mecânica, no entanto, estes ficaram abaixo dos valores mínimos de referência de 5,5Pa para blocos e 6,5Pa para telhas, e acima do mínimo de referência de 2,0Pa para tijolos de alvenaria, para a temperatura de queima de 1000ºC. Pode-se observar que a massa contendo maior quantidade de partículas abaixo de 2μm apresentou as melhores propriedades. Uma maior proporção de partículas mais finas na matéria prima favorece a 1878

7 compactação durante a moldagem e a vitrificação durante a queima, melhorando a resistência das amostras queimadas (9). CONCLUSÕES Este trabalho teve como objetivo formular massas cerâmicas que atendessem as especificações adequadas para a fabricação de produtos da cerâmica vermelha. Comparando os resultados das propriedades tecnológicas dos corpos de prova, verificou-se que apenas a massa contendo faixas de distribuição granulométrica dentro da região estabelecida para tijolos de alvenaria, submetida à temperatura de 1000ºC, apresentou propriedades de acordo com os requisitos mínimos recomendados pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT. Certos aspectos foram determinantes para se comprovar que a composição química, mineralógica e granulométrica das argilas e das massas, assim como, os parâmetros estabelecidos para uma curva de queima influenciam sobre as propriedades dos produtos cerâmicos. REERÊNCIAS 1. SANTOS, R. C. ormulação de massas cerâmicas para a produção de telhas. 2012, 89 p. Dissertação (estrado em Engenharia de ateriais) Universidade ederal de Campina Grande, UCG-PB, Paraíba. 2. SILVA, B. J.; GONÇALVES, W. P.; CARTAXO, J..; ACEDO, R. S.; ENESES, R. R.; NEVES, G. A.; SANTANA, L.N.L. Influência da taxa de aquecimento e da temperatura de queima sobre as propriedades de peças produzidas com massas da cerâmica vermelha. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂICA, 55, Porto de Galinhas, Anais do 55º Congresso Brasileiro de Cerâmica. Pernambuco: CBC, p LIA, R. H. C.; ORENO,.. T. Uso da Distribuição Granulométrica como Parâmetro de Controle na Elaboração da assa Cerâmica de Composição Binária. Cerâmica Industrial, v.14, n.5/6, p , ANDRADE,. L.. Estudo da formulação de massas cerâmicas provenientes da região do Seridó-RN para fabricação de telhas. 2009, 100p. Dissertação (estrado em Engenharia ecânica) - Universidade ederal do Rio Grande do Norte, URN-RN, Natal. 1879

8 5. PRACIDELLI, S.; ELCHIADES,. G. Importância da Composição Granulométrica de assas para a Cerâmica Vermelha, Cerâmica Industrial, v.2, n.1/2, p.31-35, GUALTIERI,. L.; GUALTIERI, A..; GAGLIARDI, A.; RUINI, P.; ERRARI, R.; HANUSKOVA,. Thermal conductivity of fired clays: Effects of mineralogical and physical properties of the raw materials. Applied Clay Science. v.49, n.3, p , UEATSU, K. Processing defects in ceramic powders and powder compacts. Advanced Powder Technology. v.25, n.1, p , SANTOS, P. S. Ciência e tecnologia de argilas. v. 1 e 2, 2ª ed. rev. e at. São Paulo: Edgard Blücher, BACCOUR, H.; EDHIOUBB,.; JAOUSSI,.; HIRI T. Influence of firing temperature on the ceramic properties of Triassic clays from Tunisia. Journal of aterials Processing Technology. v.209, n.6, p , ORULATION O CERAICS OR ASS PRODUCTION O RED POTTERY ABSTRACT The raw materials of the masses used in the ceramics products have chemical, mineralogical and grain size that will influence the processing and final properties of the product. The aim of this study is to evaluate the physico-mechanical properties of the specimens obtained with ceramic mass of different granulometries. The masses were formulated from requirements established by the diagram Winckler. The raw materials were characterized by chemical, mineralogical and particle size analyses and it was also estimated of the plasticity index. The specimens were formed by pressing and subjected to heat treatment (drying and firing) for evaluation of technological properties. The results showed that the chemical and particle size characteristics and the fired temperature significantly influence on the technological properties of the final product. Key-words: raw materials, red ceramic, technological properties. 1880