REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE ARDÓSIA NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS CERÂMICAS PELA TÉCNICA DE COLAGEM DE BARBOTINAS

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1 REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE ARDÓSIA NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS CERÂMICAS PELA TÉCNICA DE COLAGEM DE BARBOTINAS Luciana Boaventura Palhares Bruno Henrique Martins Moreira Patrícia Cristina Dias Perini RESUMO: Vários são os problemas ambientais causados pelas mineradoras nas regiões extratoras de matéria-prima para utilização em diferentes campos da indústria. Esses empreendimentos produzem indiretamente grandes quantidades de resíduo tanto durante a mineração, quanto durante o beneficiamento de rochas ornamentais, geralmente em forma de pó ou lama que causam, além da poluição das águas e solo, uma enorme poluição visual. O processo de fabricação de colagem de barbotinas permite a obtenção de peças utilizando os resíduos gerados de forma bastante eficiente. Amostras do pó de ardósia depois de misturada com argila, água e dispersante poliacrilato de amônio foram moldadas em gesso e queimadas em forno mufla a 1000 C. Após queima as peças foram caracterizadas quanto a resistência à compressão, microscopia e difratometria de raios-x. PALAVRAS-CHAVE: Colagem de barbotinas, resíduo de ardósia, peças cerâmicas. INTRODUÇÃO A mineração é uma atividade que ao longo dos anos vem se mostrando de suma importância para o desenvolvimento tanto no aspecto de gerar a matéria prima utilizada em larga escala em diversos setores da sociedade, como em função de empregar diversas pessoas na região impulsionando assim o desenvolvimento econômico da mesma. Contudo essas empresas, muitas vezes, não destinam corretamente seus resíduos fazendo com que suas atividades se tornem cada vez mais danosas ao ecossistema local. O rejeito gerado pela extração da ardósia assim como seu beneficiamento podem trazer diversos impactos ao meio ambiente, apesar desses resíduos poderem ser utilizados de maneira que deixem de ser um empecilho para se tornar fonte de renda. As indústrias que beneficiam estas rochas tem como principal atividade a serragem e o polimento para produção de rochas ornamentais, que são geralmente utilizadas na indústria da construção civil. O sistema de extração de blocos de rochas para produção de chapas gera uma quantidade significativa de resíduos na forma de lama composto basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. Esse rejeito sem aproveitamento acumula-se nos pátios, reservatórios e córregos, comprometendo o meio ambiente. A produção de materiais alternativos tendo como constituintes os resíduos gerados nas indústrias de transformação de rochas, poderá diminuir ou eliminar a poluição nas áreas de extração, além de promover o aparecimento de novas oportunidades de trabalhos e renda imprescindíveis ao processo e desenvolvimento do país. O pó oriundo da extração da rocha de ardósia pode ser utilizado na fabricação de peças cerâmicas através da colagem de barbotinas (figura 1). Esse processo de conformação líquida é muito antigo e simples, utilizado atualmente para obtenção de louças sanitárias, pias e peças de artesanato com grande variedade de formas (MATIAS et al., 2006). No presente trabalho rejeitos de ardósia provenientes das regiões onde é extraída foram reutilizados para produção de peças cerâmicas através a técnica de colagem de barbotinas em moldes de gesso. Após tratamento térmico as peças foram caracterizadas quanto a resistência mecânica, microscopia e cristalografia. PÓS EM REVISTA DO CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 2012/2 - EDIÇÃO 6 - ISSN l 157

2 Figura 1: Produção das peças a partir do molde. (1) Introdução da suspensão no molde de gesso. (2) Absorção de água pelo molde. (3) Retirada do excesso de suspensão do molde. (4) Retirada da peça do molde. Fonte: RICHERSON, REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A ardósia é uma rocha metamórfica constituída de material extremamente fino, semelhante aos constituintes de argilas. A rocha ardósia apresenta um baixo grau de metamorfismo, sendo formada por longas placas ao longo de sua superfície planar. Essa característica é conhecida como clivagem ardosiana e resulta da recristalização sobre pressão (DANA, 1978). Macroscopicamente classifica-se como uma rocha dura, inerte, com tonalidade variada do cinza escuro ao preto, as vezes podendo ser verde, amarela, castanha e vermelha, com granulação fina e com a propriedade notável de clivagem em lâminas delgadas ou folhelhos (DANA, 1978). Na sua constituição encontra-se argilas, folhelhos, cinzas vulcânicas e outras rochas de granulação fina. Revela a presença de várias classes de minerais, principalmente quartzo, mica, clorita, óxido de titânio e outros. É uma rocha de ocorrência relativamente comum, encontrada nas áreas onde os folhelhos foram submetidas a aquecimento e pressão durante a formação de montanhas (DANA, 1978). É uma das matérias-primas mais utilizadas no setor de construção civil como material de revestimento, adorno, recobrimento, pisos e decoração, devido a suas características físicas e sua clivagem. Sua exploração é baseada na lavra de folhelhos, geralmente seguida de fases de corte e acabamento. Devido a sua composição ser formada basicamente de silicatos de alumínio que constituem grande parte de utensílios cerâmicos, a ardósia pode vir a ser um material alternativo para indústrias cerâmicas em substituição aos convencionais, principalmente porque o Brasil e Minas Gerais são detentores de grande parte das reservas mundiais de ardósia. Vários trabalhos tem sido realizados utilizando os pós de ardósia provenientes de rejeitos para produzir peças cerâmicas por colagem de barbotinas, (PALHARES, 2004), prensagem (CATARINO, et all., 2003) e extrusão (PALHARES, et all., 2011) Segundo Moreno (1992), dentre os processamentos cerâmicos convencionais, como prensagem, extrusão e colagem, onde o pó de ardósia pode ser empregado, o processo de colagem ocupa lugar de destaque, pois é caracterizado pelo baixo custo e alta qualidade dos produtos obtidos e pode ser utilizado para produção de peças de formato variado em escala de laboratório e industrial. PARTE EXPERIMENTAL O pó de ardósia utilizado foi gerado pelo processo de calibração das pedras da empresa Micapel situada em Pompéu/ MG (figura 2). Este foi previamente tratado antes da caracterização visando à retirada de impurezas, como rejeitos e contaminações. As etapas deste tratamento foram: preparação de uma suspensão do pó em água; peneiramento a úmido na peneira de 400#; decantação 24 horas; sifonamento (retirada da água); e secagem em estufa (temperatura 120 o C durante 24 horas). Figura 2: Áreas de Produção de Ardosia em Minas Gerais (Escala 1: ). Fonte: Mapa Geopolítico do Estado de Minas Gerais. Instituto de Geociências Aplicadas O pó foi caracterizado quanto à cristalografia, para verifica- 158 PÓS EM REVISTA DO CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 2012/2 - EDIÇÃO 6 - ISSN

3 ção dos minerais presentes na rocha e se existe alguma contaminação por outro mineral. Nos diversos equipamentos de caracterização do pó foram utilizadas amostras do pó preparado. Na identificação dos constituintes e cristalinidade do pó, foram realizados testes de difração de raios X em um difratômetro DRX Philips X-Ray Generator, Nº DY 1308, tipo PW 1730/10. Foram produzidas suspensões de pó de ardósia em água destilada com porcentagem de sólidos constante (aproximadamente 70% p/v) e dispersante (poliacrilato de amônio) também constante (1,5% v/v). O poliacrilato de amônio utilizado foi fornecido pela empresa Miracema-Nuodex com nome comercial de Liosperse 511. As suspensões foram homogeneizadas em um agitador magnético por 30 min. O teor de sólidos foi a fração em massa percentual relativa ao volume total de suspensão. As concentrações em aditivos orgânicos foram frações percentuais de volume relativas ao volume de água utilizado nas suspensões. Para a fabricação dos moldes de gesso, pré-moldes foram utilizados e cortados em tamanhos de aproximadamente 10 centímetros de comprimento. Os moldes foram obtidos com consistência 70 (100 g de gesso para 70 ml de água), sendo que a mistura foi agitada por 2 minutos e vazada no pré molde para integridade do molde. Antes do total endurecimento do gesso formas plásticas ou vítreas variadas foram imersas para obtenção da forma da peça que se desejou produzir. Após endurecimento do molde estas formas foram retiradas e o molde seco em temperatura ambiente por 24 horas antes da sua utilização. A queima das peças produzidas foi feita em uma mufla da marca Jung, ano 2010, modelo 0612 até temperaturas de aproximadamente 1000ºC. Cada suspensão foi utilizada para produção de, em média, dez peças que foram caracterizadas após tratamento térmico quanto a cristalografia e comportamento mecânico. Para os testes de resistência mecânica, foi utilizada uma máquina de ensaios mecânicos universal Microcomputer Controlled Eletronic Universal Testing Machine, modelo WDW-100E, classe 1. Para a análise de microscopia foram produzidas peças com as suspensões. Foram comparadas duas amostras, antes e após queima. Para visualização no microscópio ótico, a superfície das peças produzidas foram cortadas e polidas. O polimento foi feito em lixa de carbeto de silício (SiC) de diferentes tamanhos de grãos (100, 320, 400, 600 e 1000) e em pasta de diamante (9mm, 3mm e 1mm,). RESULTADOS A figura 3 mostra um gráfico típico de análise térmica para o pó de ardósia onde pode-se identificar os principais picos refe- PÓS EM REVISTA DO CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 2012/2 - EDIÇÃO 6 - ISSN l 159 rentes as reações que ocorrem na rocha durante o aquecimento na faixa de temperatura de 25 à 1000 o C. Um primeiro pico exotérmico próximo a temperatura de 500 o C devido a dehidroxilação dos constituintes moscovita e clinocloro e pico um endotérmico a 740 o C devido a destruição da estrutura cristalina da moscovita (FRIPIAT and OLPHEN, 1979). Figura 3: Análise Térmica do pó de ardósia ( 1) análise térmica diferencial e (2) análise termogravimétrica. Segundo Thorez (1976), a decomposição da clorita ocorre em temperaturas próximas de 500 o C, desaparecendo os picos principais. De acordo com Correa e Nunes (1989), na temperatura aproximada de 900 o C ocorre a destruição do retículo cristalino das moscovitas. Os valores obtidos nas análises indicam que realmente ocorre a decomposição do clinocloro, mineral pertencente a classe das cloritas, em temperaturas próximas as encontradas por Thorez. A decomposição da moscovita presente na ardósia ocorre também em temperaturas semelhantes as encontradas por (CORREA e NUNES, 1989). A partir dos difratogramas obtidos antes e após queima (figuras 4 e 5) pode-se confirmar as reações ocorridas com os constituintes muscovita e clinocloro. As curvas de TGA mostram uma perda de massa associada aos picos de aproximadamente 6%. As figuras 4 e 5 mostram típicos difratogramas para as peças estudadas. Através da análise do difratograma obtido foram identificados os seguintes minerais: (Q) Quartzo SiO 2, (C) Clinocloro, (M) Moscovita, (A) Albita (H) Hematita e (O) Ortoclásio.

4 Figura 6: Peças obtidas (a) antes e (b) após tratamento térmico Figura 4: Típico difratograma da peça de ardósia antes da queima: Albita(A), Quartzo(Q), Moscovita(M), Clinocloro (C) e Ortoclásio (O) Figura 5: Típico difratograma da peça de ardósia após da queima: Albita(A), Quartzo(Q), Gehlenita (G) e Ortoclásio (O) A moscovita identificada é um hidróxido silicato potássico alumínico pertencente a classe das micas; o clinocloro é um hidróxido silicato de magnésio, ferro e alumínio, pertencente ao grupo das cloritas, responsável pela cor verde de xistos e ardósias; e a albita e o ortoclásio que são silicatos pertencentes a série dos feldspatos plagioclásios. Os feldspatos atuam na etapa de queima como fundentes aumentando a resistência das peças. A hematita (Fe 2 O 3 ) é o constituinte responsável pela cor avermelhada das cerâmicas. Os testes de difração permitiram a identificação das mesmas fases encontradas Mansur e Palhares (2003) em pós de ardósia provenientes da mesma região. A figura 6 mostra as peças obtidas pela técnica de colagem antes (a) e após tratamento térmico (b). A sinterização realizada em altas temperaturas de forma lenta possibilita o cozimento uniforme do material, evitando a contração muito rápida e consequente formação de trincas ou empenamento da peça. Nas amostras tratadas termicamente foram identificadas novas fases como gehlenita, mulita e espinélios (figura 5). Segundo Marsur, et all. (2006), a presença desses minerais já era esperada devido a presença de calcita na matéria prima. A gehelenita é formada através de reações de óxido de cálcio com Si e Al provenientes da decomposição da argila (Jordan et all., 2001). Acredita-se que a presença da mulita é devido as altas concentrações de quartzo e alumina na amostra original. Os testes de compressão realizados mostraram um alta resistência das peças quanto comparadas a outras cerâmicas comuns. Os valores situam-se entre 1,9 e 4,3 MPa. A figura 7 mostra a micrografia obtida para as amostras antes (a) e após tratamento térmico (b). Figura 7: Análise microscópica das peças antes (a) e depois da queima (b). 160 PÓS EM REVISTA DO CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 2012/2 - EDIÇÃO 6 - ISSN

5 A elevação da temperatura durante o processo térmico proporciona uma redução no número de poros e espaços vazios, sendo a porosidade remanescente devido às modificações estruturais que afetaram a ardósia. Isso foi observado em trabalhos anteriores por Souza e Mansur, Durante o aquecimento é possível, através da difração de raios X, identificar reações importantes que ocorrem nas peças. A partir da análise das micrografias foi observado que a amostra após sofrer a queima adquire uma superfície mais regular, tornando se menos porosa e mais resistente que a peça crua. Em temperaturas elevadas há a ocorrência de sinterização com a presença de fase líquida que reduz a porosidade existente inicialmente na peça verde (Mansur, et all., 2006). CONCLUSÃO A caracterização quanto a cristalografia e comportamento térmico do pó de ardósia permitiu a identificação dos constituintes da rocha ardósia e das reações sofridas pela rocha durante o aquecimento. Os principais constituintes identificados através da técnica de difração de raios-x foram: quartzo, clinocloro, moscovita, albita, hematita e ortoclásio. Foram observadas durante o tratamento térmico reações de grande importância associadas ao clinocloro e a moscovita. Nas faixas de temperatura entre 500 o C e 600 o C esse constituintes perdem a camada de [OH - ] presente em suas estruturas, por volta de 900 o C e 1100 o C ocorre a destruição de seus retículos cristalinos. Observou-se também que o amolecimento da rocha acontece próximo a temperatura de 1000 o C o que limita a utilização de peças produzidas como utensílios de laboratório para temperaturas mais altas. Através das análises realizadas para caracterização do pó proveniente de rejeitos, conclui-se que o pó apresenta apenas ardósia sem impurezas, e pode ser aplicado em processamento cerâmicos para produção de peças para decoração, utensílios de cozinha e de laboratório, observando-se as limitações de temperatura, já que a ardósia funde em temperaturas mais baixas que as de cerâmicas convencionais como sílica e alumina. translated by: Rui Ribeiro Franco. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, FRIPIAT, J. J. and OLPHEN, H.V. Data handbook for clay materials and other non-metallic minerals. Pergamon Press, JORDAN, M. F, et all. Firing transformations of tertiary clays used in the manufacturing of ceramics tile bodies. Appl. Clay Sci. 20, 87 95, MANSUR, A.A.P. et all. Study of pore size distribution of slate ceramic pieces produced by slip casting of waste powders. Minerals Engineering, v.19, p , Disponível < ChuyenDe2009/CD293/11.pdf>. Acesso em 22 abr MATIAS, E.M. et all. Estudos comparativos das características de compactos a verde de alumina obtidos por colagem de barbotina e gelcasting. Anais do 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil. Disponível < resumos/17cbecimat pdf>. Acesso em 18 abr MOREIRA, J.M.S. et all. Reaproveitamento de resíduo de rocha ornamental proveniente do noroeste fluminense em cerâmica vermelha. Cerâmica, vol.51, pag , Disponível < pdf/%0d/ce/v51n319/26789.pdf>. Acesso em 20 abr MORENO, R. The role of Slip Additives in Tape Casting Technology: Part I: Solvents and Dispersants. American Ceramic Society Bulletin, vol.71(10), pag , PALHARES, L.B., Mansur, H.S. Production and characterization of ceramic pieces obtained by slip casting using powder wastes. Journal of Materials Processing Technology, v.145, p.14-20, PALHARES, L. B., DORNAS, K. G., PRAXEDES, G. de B., SATHLER, J. M. J. Development and Characterization of bricks using slate powder waste. In: X Brazilian MRS Meeting, 2011, Gramado - RS. Livro de resumos V. unico, THOREZ, J. Practical Identification of Clay Minerals: A Handbook for teachers and Students in Clay Mineralogy RICHERSON, D. W. Modern Ceramic Engineering. 2 a ed. Salt Lake City REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CATARINO, L., SOUSA, J., MARTINS, I.M., VIEIRA, M.T., OLIVEIRA, M.M. Ceramic Products Obtained from Rock Wastes. Journal of Materials Processing Technology., v , p , CORREA, W. L. P.; NUNES, J.J. Curso sobre análises térmicas. Associação Brasileira de Cerâmica, DANA, J.D. Mineralogy Handbook. Revised by Cornelius S. Hurlburt, AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Sr. Luciano Kasbergen Silva pela utilização do equipamento que permitiu a realização das análises de difração de raios- -X. As empresas Micapel Slate e Miracema Nuodex pelo fornecimento do pó de ardósia e do dispersante poliacrilato de amônio, respectivamente. PÓS EM REVISTA DO CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 2012/2 - EDIÇÃO 6 - ISSN l 161