ESTUDO DA REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE TELHA CERÂMICA (CHAMOTE) EM FORMULAÇÃO DE MASSA PARA BLOCOS CERÂMICOS. Universidade Estadual do Piauí UESPI

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1 ESTUDO DA REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE TELHA CERÂMICA (CHAMOTE) EM FORMULAÇÃO DE MASSA PARA BLOCOS CERÂMICOS Y.L. de Oliveira. 1 ; Z. Linhares Júnior 2 ; L. Ancelmo 3 ; R. A. L. Soares 4 1 Universidade Estadual do Piauí UESPI 2,3,4 Instituto Federal do Piauí - IFPI 1 yascaralopes@gmail.com RESUMO O desperdício gerado nas atividades e processamento da indústria cerâmica é uma das preocupações do setor, o resíduo provocado por descarte de peças com defeito, na maioria das vezes não são reaproveitados ou reincorporados em processos produtivos. O descarte destas peças gera um problema ambientalmente negativo e consequências para o setor cerâmico. O resíduo de material cerâmico reduzido granulometria adequada é chamote. O presente trabalho visa o reaproveitamento do chamote de telhas, fazendo-se a reincorporação deste material na massa cerâmica para a produção de blocos cerâmicos de vedação. Para análise deste trabalho foram utilizadas como matérias-primas de argilas da região da grande Teresina-PI e o chamote de telhas, onde estes foram caracterizados por análise mineralógica, análise química e análise granulométrica. Foram analisados também o índice de plasticidade das formulações. Para a composição das massas foram realizadas formulações com percentuais de concentração de 0%, 5%, 10%, 15% e 20% de chamote na massa cerâmica. Foram confeccionados corpos de prova por extrusão e queimados nas temperaturas de 850 ºC, 900 ºC 950 ºC e 1000 ºC. Em seguida foram realizados os ensaios tecnológicos de retração linear de queima, absorção de água e tensão de ruptura a flexão após queima. Também foram realizadas análises microestruturais nas amostras queimadas. Os resultados mostraram que a incorporação do chamote na massa cerâmica é viável sendo que em alguns casos melhorou as propriedades tecnológicas do produto final, viabilizando uma alternativa para a indústria cerâmica e solução para minimizar os impactos ambientais gerados pelo descarte dos resíduos da própria indústria cerâmica. Palavras-chaves: Argila. Chamote. Blocos cerâmicos. Reaproveitamento. 468

2 INTRODUÇÃO No mundo, são gerados milhões de toneladas de resíduos inorgânicos, entre eles os cerâmicos, tradicionalmente estes resíduos são reutilizados como lastros de pavimentos ou descartados em aterros sem qualquer tratamento, podendo assim prejudicar o meio ambiente, esta situação encontra-se também no Estado do Piauí 1. Uma das alternativas para minimizar esses impactos é a reincorporação e/ou reutilização de resíduos num ciclo produtivo, devem representar uma opção de recuperação dessas matérias tanto no aspecto ambiental como no aspecto econômico para indústria cerâmica. Essa reincorporação ou reutilização é dada através de formulações a massa cerâmica, com o objetivo de fabricação de produtos cerâmicos como os blocos cerâmicos, telhas e lajotas, colocando-se assim como das opções viáveis para a indústria cerâmica. Levando-se em consideração a abordagem ambiental onde se objetiva o desenvolvimento sustentável, com a minimização do descarte dos materiais oriundos das atividades industriais o presente trabalho vem como alternativa para a utilização do chamote na fabricação de blocos cerâmicos, verificando se há um aumento das características tecnológicas do mesmo. MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais e a metodologia utilizados, bem como os equipamentos e técnicas de caracterização são apresentadas nesta etapa. No fluxograma, da Figura 01, está contida de uma forma geral, o procedimento utilizado na metodologia. Vale ressaltar que o experimento, a preparação das formulações das massas, granulometria e plasticidade das formulações, conformação dos corpos-de-prova (extrusão), queima e os ensaios tecnológicos (RL, AA, PA, PF, TRF e MEA) foram realizados no Laboratório de Ensaios Tecnológicos de Argila LETA do SENAI-PI em Teresina. Os ensaios de DRX, TG, MEV e FRX foram realizados Laboratório de Materiais LabMat do Instituto Federal do Piauí, Campos Central. As argilas foram classificadas como Argila Vermelha, Argila Cinza e Argila Preta. No fluxograma elas aparecem como Argila A, Argila B e Argila C, respectivamente

3 FIGURA 1. Fluxograma do Procedimento Experimental. Matérias-Primas Argilas AV, AC e AP Chamote AG, FRX,DRX,TG, IP e MEV Trituração e Moagem Secagem a 110 C DRX MEV Formulações Adição de Chamote à Massa Básica de Argilas0%, 5%, 10%, 15%, 20% AG, TG e IP Umidificação e Homogeneização Extrusão Secagem a 110 C Queima 850 C, 900 C, 950 C, 1000 ºC Propriedades Tecnológicas e Microestrutural. RL, AA, PA, TRF e MEA DRX, MEV e EDS RESULTADOS Fonte: própria autora 470

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Difração de Raios X (DRX) das Matérias-Primas. O gráfico de DRX apresentados na Figura 2 mostra as fases cristalinas das matérias-primas. FIGURA 2 - Gráfico de difração de Raio X, das matérias-primas. Fonte: Lab. UFC março/2015. Nas análises das argilas foram observadas a presença dos argilomineriais montmorilonita-ilíta (2k2O.3MgO.Al2O3.24SiO2.12H2O) e caulinítica (Al2Si2O5(OH)4). Para o chamote foi observada a formação cristalina de quartzo (SiO2) e hematita (Fe2O3) estes resultados corroboram com as análises de EDS e FRX apresentadas neste trabalho. Outros materiais foram identificados na fluorescência com somatório percentual menor que 1%,tais óxidos estão na tabela 04 como outros estes compostos foram: óxido de potássio (P2O5), óxido de zinco (ZnO), óxido de manganês (MnO), óxido de zircônia, (ZrO), 471

5 Argilas constituídas por esses argilominerais possuem, em elevado grau, propriedades plásticas e coloidais, e justificam grandes variações em suas propriedades físicas (Souza Santos, 1989). Isso foi constatado nas análises de plasticidade das argilas onde para estas, foram classificadas como excessivamente plásticas com o índice de plasticidade maior que 19%. O potássio identificado na análise química está associado tanto a muscovita (KAl3Si3O10(OH)2) presente nas três argilas, representa a fase intermediária entre o feldspato e a caulinita, pois no processo de transformação do feldspato em caulinita isso acontece por intemperismo ou ação hidrotermal. Quanto ao argilomineral montmorilonita-ilíta que contribui para a fundência em menor temperatura O quartzo tem a função de manter a estabilidade dimensional da peça durante a queima e parte se dissocia para auxiliar a fase líquida participante no processo de formação da fase vítria, fazendo parte da estrutura final do corpo cerâmico 3. Análise Térmica (TG) e Termodiferencial (DTG) Para a termogravimetria das formulações de massa, apresentados nas figuras 3 e 4 no qual apresenta os gráficos de termogravimetria, onde até a temperatura de 200 ºC é registrada a saída de água adsorvida e umidade. De 200 ºC a 500 ºC apresenta-se a combustão da matéria orgânica, de 500 ºC a 800 ºC saída de água de constituição dos argilominerais a liberação de desidroxilação. No Figura 3 mostra a massa padrão, sem adição de chamote, e na Figura 4, a termogravimetria (TG) das formulações, M4, M3 e M1. As curvas do termograma das formulações são quase similares, isto do ponto de vista tecnológico é bom, pois no momento da queima do material não há necessidade de ajuste. 472

6 Perda de massa (%) Perda de massa (%) FIGURA 3. Gráfico Termogravimétrico da massa padrão 100 1,2 % M0 Argila Vermelha ,0 % Temperatura ( C) Fonte : Labmat IFPI. março/2015 FIGURA 4 - Gráfico Termogravimetria da formulações M4.M3,M M4 20% M3 15% M1 5% Temperatura ( C) Fonte : Labmat IFPI. março/2015 Ensaios Tecnológicos Tensão de Ruptura a Flexão após Queima A Figura 5 mostra os resultados encontrados para tensão de ruptura a flexão de queima das formulações nas temperaturas estudadas. 473

7 FIGURA 5 Gráfico de Tensão de Ruptura a Flexão de Queima Fonte: LETA-SENAI agosto/2014. Observa-se, de um modo geral, que todas as formulações aumentaram a resistência mecânica com o aumento da temperatura. A resistência mecânica relaciona-se inversamente com a porosidade e diretamente com a densidade do corpo cerâmico, ou seja, a maior resistência é obtida quando há simultaneamente, baixa porosidade e maior adensamento das partículas. Também se observa que todas as composições com adição de chamote obtiveram valores maiores do que a massa básica. Isto é bastante motivador para a utilização do chamote como matéria-prima alternativa para a produção de blocos cerâmicos. A norma da ABNT NBR /2005 estabelece uma resistência a flexão mínima de 3,0 MPa. Neste caso, verifica-se que todas as formulações e em todas as queimas obtiveram resultados superiores ao estabelecido pela norma brasileira, sendo que as formulações com adição de chamote obtiveram valores muito acima do mínimo exigido, demonstrando uma grande potencialidade do chamote em aplicações cerâmicas 4. Os resultados da formulação M5 apresentam os melhores resultados para resistência mecânica, e corroboram com os resultados da absorção de absorção de água e porosidade aparente. 474

8 Difração de Raios-X dos Corpos Cerâmicos A Figura 6 apresenta o gráfico de DRX das formulações padrão, M0 e mistura com a inserção de 20%, M20, de chamote queimados ambos a 850ºC. FIGURA 6 Difratograma de Raio X das amostra padrão M0 e M20, queimadas à 850º C. Fonte: Laboratório de Raio X, UFC março/2015 No gráfico 43 apresentou tanto para a amostra padrão como para mistura de 20%, as fases cristalinas de Muscovita (KAl3Si3O10(OH)2 ), Quartzo (SiO2) e Hematita. (Fe2O3). Para a formulação M20 foi identificado uma maior quantidade de picos relativa à hematita. Após a sinterização das argilas, há a transformação das estruturas cristalinas possibilitando a formação de novas fases cristalinas ou amorfas para as estruturas dos corpos cerâmicos. Outros componentes podem ainda ser identificados pela não fusão total dos mesmos, como é o caso da muscovita, quartzo e hematita. Em ambas as formulações foram identificados picos relativos as fases cristalinas de Quartzo (SiO2), Hematita (Fe2O3) e Espinélio (MgAl2O4). Percebese que a esta temperatura ocorreu fusão da muscovita, possibilitando que o potássio promova uma maior formação de fase líquida aumentando assim a resistência mecânica do material cerâmico, como foi verificado nos resultados da TRF. A formação do espinélio também contribuiu para o aumento da TRF destes corpos de prova analisados. 475

9 A figura 7 apresenta o resultado do DRX dos corpos cerâmicos das formulações padrão e M5 ambas queimadas a temperatura de 1000 ºC. FIGURA 7 Difratograma de Raio X das amostra padrão M0 e M5, queimadas à 1000º C. Fonte: Laboratório de Raio X, UFC março/2015 A metacaulinita se transforma em espinélio com a saída de sílica amorfa, pequenos cristais cúbicos de mulita primária começam a se desenvolver após um aquecimento adicional em presença de fase líquida, cristais de mulita secundária em forma de agulha. O K2O que são fundentes e atuam na formação de fase liquida que preenche os vazios na microestrutura do material, contribuindo para a densificação e reduz a porosidade pelo processo de vitrificação 5. A presença do espinélio vem a justificar os melhores resultados para os corpos de prova a partir da formulação M5. CONCLUSÃO Na caracterização das matérias-primas foram identificadas as fases cristalinas dos argilomineriais montmorilonita-ilíta e caulinítica, após as análises de DRX. Também foi identificada a presença de material fundente a muscovita, além do quartzo. O chamote apresentou apenas quartzo e hematita devido ser 476

10 um material já queimado. Estes resultados concordaram com os componentes químicos das argilas (SiO2, Al2O3, Fe2O3 e K2O) e do chamote (SiO2 e Fe2O3). O aumento da resistência foi observado em todos os teores pesquisados. O maior resultado com relação a TRF após queima apresentouse na formulação de 5% de chamote a queima de 1000 ºC, o que pode está associado a formação da fase cristalina espinélio. Observou-se também que todas as formulações ultrapassaram a resistência mínima para blocos cerâmicos pela NBR /2005. Os resultados mostraram que o uso do chamote na produção de cerâmica estrutural, é uma alternativa viável para o aumento da qualidade técnica do produto cerâmico estrutural e o aumento da qualidade ambiental pois a reutilização deste resíduo faz com que reduza o impacto ambiental provocado pelas indústrias deste setor. REFERÊNCIAS 1.CASTRO, R. J. S., Formulação e caracterização de matérias-primas para revestimento cerâmico semi-poroso com adição de chamote de telhas, Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. 2. SOARES, R. A. L. Influência do teor de calcário no comportamento físico, mecânico e microestrutural de cerâmicas estruturais Dissertação (Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. 3. SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de argilas. 2.ed. Sao Paulo: Edgard Blucher, p. 4. ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas- NBR 15270: Blocos cerâmicos para alvenaria, especificação, Rio de Janeiro,

11 5. VIEIRA, C. M. F.; Pinheiro, R. M. Avaliação de argilas cauliníticas de Campos dos Goytacazes utilizadas para fabricação de cerâmica vermelha. Cerâmica [online], v.57, n. 343, p , DONDI, M. Caracterização Tecnológica dos Materiais Argilosos: Métodos Experimentais e Interpretação dos Dados. Revista Cerâmica Industrial, v.11 nº3, Maio/Junho, p , GOUVEIA, F.P. G. Efeito da Incorporacao de Chamote (Residuo Ceramico Queimado) em massa cerâmicas para a Fabricacao de Blocos Ceramicos para o Distrito Federal. Um Estudo Experimental Dissertação.( Mestrado em Estruturas e Construção Civil) Universidade de Brasília, Distrito Federal. 8. NORTON, F. H. Introdução à Tecnologia Cerâmica. São Paulo, Editora Edgar Blucher Ltda. Editora da Universidade de São Paulo, VAN VLACK, L. H. Propriedades dos Materiais Cerâmicos, São Paulo, Editora Edgard Blucher, p.318, 1973 REUSE OF STUDY OF CERAMIC TILE WASTE (grog) IN FORMULATION DOUGH FOR BLOCKS CERAMIC The waste generated in the activities and processing the ceramic industry is one of the industry's concerns, the waste caused by defective parts disposal, most of the time are not reused or reincorporated into production processes. The disposal of these parts generates a negative environmental problem and consequences for the ceramic industry. The residue of reduced particle size suitable ceramic material is grog. This study aims to reuse the grog tiles, making the reincorporation of this material in the ceramic material for the production of ceramic sealing blocks. For analysis of this work were used as raw materials of clays of the great Teresina-PI region and grog tiles, where they were characterized by mineralogical analysis, chemical analysis and particle size analysis. They also analyzed the formulations plasticity index. For the composition of the masses were performed with formulations percentage concentration of 0%, 5%, 10%, 15% and 20% of grog in the ceramic body. Specimens were made by extrusion and burned at temperatures of 850 C, 900 C 950 C and 1000 C. Then technological tests linear firing shrinkage, water absorption and breakdown voltage bending after burning were performed. Microstructures analyzes were also performed on the fired samples. The results 478

12 showed that the incorporation of grog in ceramic mass is feasible and in some cases improved the technological properties of the end product, enabling an alternative to the ceramic industry and solution to minimize environmental impacts generated by the disposal of waste from own pottery industry. Keywords: clay. Grog. ceramic blocks. reutilization 479