FOSFOGESSO EM CERÂMICA VERMELHA PARA FABRICAÇÃO DE TIJOLOS
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- Adelina Neuza Gesser Abreu
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1 FOSFOGESSO EM CERÂMICA VERMELHA PARA FABRICAÇÃO DE TIJOLOS Cláudia Neiva Duarte Jean Henrique Pereira de Carvalho Rua Olegário Martins Teixeira, 26 São João Catalão Goiás (64) (64) (64) (64)
2 FOSFOGESSO EM CERÂMICA VERMELHA PARA FABRICAÇÃO DE TIJOLOS 1 INTRODUÇÃO O desenvolvimento tecnológico e o crescimento econômico, sem dúvida trouxeram grandes benefícios à sociedade. Entretanto, aliados ao crescimento populacional e a um comportamento inadequado de consumo, provocaram várias conseqüências colaterais. Entre elas destaca-se a poluição, principal agente de degradação do meio ambiente e de redução da qualidade de vida do homem. A qualidade de vida das gerações futuras está cada vez mais dependente de uma boa gestão dos recursos naturais do nosso planeta atualmente. O crescimento econômico não pode ser sustentado, se não houver responsabilidade na utilização desses recursos. Os problemas do descarte de resíduos gerados na produção de bens de consumo ou duráveis agigantaram-se nos últimos anos. Grandes áreas são transformadas em depósitos a céu aberto ou aterros que, mesmo monitorados, nem sempre são uma solução recomendada. Dentro deste contexto, pode se destacar o fosfogesso, gesso agrícola, gesso químico ou mesmo sulfato de cálcio dihidratado (CaSO4. 2 H2O), gerado em grande proporção. Para cada tonelada de ácido fosfórico são geradas quatro toneladas de fosfogesso, que serão depositadas em pilhas à céu aberto e que apresenta grande potencial de aproveitamento e uso em substituição parcial da argila na fabricação de tijolos, comumente consumidos pela indústria de construção civil. A demanda crescente por produtos de baixo impacto ambiental durante seu processo de produção, aplicação, uso e pós-consumo, aliada à redução de consumo de materiais primários, tem se estabelecido como meta para uma construção sustentável. Dentro disto, o reaproveitamento de subprodutos industriais tornam-se cada vez mais necessárias, sobretudo no aspecto ambiental. Neste caso, além de visarem à redução do consumo de matérias primários, evitam também a degradação das áreas onde estes resíduos normalmente são depositados. (Luz et al,2005). O projeto envolvendo o resíduo Fosfogesso, tem grande apelo em termos ambientais, técnicos e econômicos. Através de todos estudos realizados, foi buscado os melhores centros de ensino do Brasil sendo estes, IPEN na USP 2
3 Universidade de São Paulo, UFU Universidade Federal de Uberlândia e Senai Mario Amato São Bernardo do Campo São Paulo, confirma que a adição do Fosfogesso em argila não só valoriza o meio ambiente como também melhora a sua plasticidade, resistência, diminui o tempo de extrusão, melhora a queima, melhor aparência e por fim em estudo comprovando que é isolante térmico e acústico. Não há como negar que o Brasil se enquadra no grupo de países que objetiva através do desenvolvimento sustentável, a busca de soluções alternativas para preservar o meio ambiente e a obtenção de uma legislação plausível que almeje a regulamentação de práticas de incentivo ao uso de resíduos nas diversas áreas da cadeia de produção. (Canut, 2006) A partir desse princípio, o presente projeto objetiva contribuir para a regulamentação ambiental em relação ao manuseio, beneficiamento e utilização do Fosfogesso com substituto parcial da argila, para a produção de tijolos. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CERÂMICA VERMELHA PRODUÇÃO O projeto pleiteado possibilita a fabricação de blocos cerâmicos e/ou tijolos, destinados à construção civil, viabilizando assim o reaproveitamento do supracitado resíduo evitando a deterioração ambiental dos locais onde são comumente depositados. É sabido pelos técnicos no assunto que o processo de fabricação dos produtos de cerâmica vermelha realizado hodiernamente, utiliza como principal matéria-prima a argila, passando pelas etapas de extração, sazonamento, mistura e homogeneização, dosagem, alimentação, extrusão, secagem e queima. No Brasil, a extração de argila é realizada a céu aberto, geralmente por retroescavaderias ou escavadeiras. O plano de extração normalmente prevê a remoção da vegetação e solo arável, a drenagem da água do local, o aproveitamento completo da jazida e a formação de plataformas que facilitem o transporte por caminhões basculantes da argila da jazida à fábrica. 3
4 É aconselhável que a indústria disponha de matéria-prima a descoberto, onde as argilas ficarão descansando por um período variável antes de entrar na linha de produção. O processo de sazonamento, ou descanso, facilita a moldagem por extrusão, evitando inchamento das peças após moldagem, com ocorrência de deformações, trincas e ruptura das peças no processo de secagem, e o desenvolvimento de gases durante a queima; nesta fase, sofrem ação dos agentes climáticos que provocam a lavagem de sais solúveis, o alívio de tensões nos blocos de argilas e, com isso, o material desenvolve completamente suas propriedades plásticas, ocorre a fermentação e oxidação da matéria orgânica e em conseqüência, o processo de moldagem por extrusão fica facilitado. A maior parte dos defeitos encontrados nos produtos derivados de cerâmica vermelha é devido à falta de preparação da matéria-prima. Assim, estes defeitos propagam-se em todas as etapas do processo de fabricação, muitas vezes confundindo o oleiro que não consegue identificar a causa dos mesmos. As argilas são depositadas em camadas nos pátios das indústrias, onde a espessura e alternância das camadas dependem dos tipos de argilas e das propriedades desejadas da mistura final. A partir do depósito ou sazonamento, a matéria-prima segue a etapa de homogeneização, onde são misturados os vários tipos de argila, que posteriormente sofrerão um acréscimo adequado do conteúdo de água de amassamento para a moldagem. Após o sazonamento, as matérias primas são transportadas para o caixão alimentador, onde é feita a dosagem da quantidade de material necessária para dar entrada na linha de produção. A mistura dosada é conduzida aos desintegradores, onde os grandes blocos da argila são desintegrados e as pedras, quando existirem, são separadas por centrifugação. Nessa etapa, se o teor de umidade da mistura for elevado, a eficácia de equipamentos como desintegrador será menor, não desintegrando os blocos de argila, mas apenas amassando-os. O material desagregado é transportado para o misturador, onde se inicia a homogeneização, sendo adicionado água quando necessário. Logo após, a mistura é transferida para o laminador, que tem a função de ajustar a granulometria, completar a homogeneização e cortar a massa em lâminas. 4
5 As argilas devem ser dosadas a fim de apresentarem plasticidade máxima quando úmidas e, máxima resistência quando secas ou queimadas e mínima retração durante a secagem. Nas indústrias de cerâmica vermelha é freqüente, por esses motivos, a mistura de argilas duras chamadas ilitas com argilas plásticas ou de várzea. O tijolo encolhe de 4 a 15% durante a secagem e queima, dependendo do tipo de argila, o que mostra a importância da uniformidade da matéria-prima. Na conformação, a peça recebe forma e acabamento que não poderão ser modificados nas etapas seguintes. O que pode acontecer é o aumento dos defeitos exibidos. A indústria oleira utiliza processos manuais ou mecânicos de moldagem que podem ser por prensagem, nos casos de telhas e tijolos ou extrusão, este o mais usado. Os tijolos moldados mecanicamente apresentam maior resistência mecânica e menor porosidade que os moldados manualmente. Portanto, a adição do resíduo fosfogesso à argila, não acarretou mudanças nas etapas de produção e nem as características mecânicas dos produtos obtidos originalmente com a cerâmica vermelha, apenas alterou o percentual de uma matéria-prima pela outra. Antes de se iniciar a produção com o resíduo é de suma importância, realizar uma homogeneização do resíduo com argila de maneira rigorosa, verificando a percentagem de umidade de cada uma das matérias-primas, sem ultrapassar a percentagem de 18 a 25% da massa a ser conformada, haja visto que a inobservância deste requisito poderá resultar em deformações, já no processo de secagem, perda na resistência e qualidade final do produto. Procurando evitar a ocorrência de deformações, perdas e prejuízos na produção, foi priorizado o processo de homogeneização padronizando-se o nível de umidade da massa para extrusão em 18% num sazonamento, da mistura umedecida, de até 15 dias. Essa medida foi responsável pela melhora de algumas propriedades, sendo elas: aparência, plasticidade, resistência, melhor queima por conter enxofre, menor tempo de extrusão confirmado diante dos testes, demonstrados abaixo realizados com a matéria-prima pura e matéria-prima com adição do fosfogesso. Após o sazonamento as misturas passaram pelo caixão alimentador indo para os desintegradores tal qual no processo convencional seguindo para o laminador 5
6 que garante ao produto aparência uniforme e resistência necessária para o empilhamento em esteiras secadora. Em seguida o material misturado, argila e fosfogesso vão para a extrusora, sendo que pela menor granulometria da mistura conseguiu-se maior produtividade na extrusão. A secagem dos produtos é realizada em prateleiras próximas as esteiras de secadores artificiais permanecendo por pelo menos vinte e quatro horas. Este tipo de secagem se justifica pelo fato das peças não poderem ter uma incidência direta de calor sobre suas superfícies, pois este calor danificaria as peças causando, por exemplo, rachaduras e estrias. A finalidade da movimentação de ar no processo é resfriar a peça e naturalmente promover a evaporação. Após este período as peças foram dispostas em estufas com temperatura entre 70 e 110ºC, sendo que entram com cerca de 6% de umidade e saem com aproximadamente 1% o que garante menores retrações e perdas na etapa seguinte. A queima se dá com temperatura em torno de 750º à 950ºC por cerca de vinte e quatro horas. 2.2 FOSFOGESSO O termo Fosfogesso é freqüentemente referenciado na literatura técnica como subproduto de gesso, gesso químico, resíduo de gesso, gesso agrícola, CaSO4.2H2O e gesso sintético. Por conter resíduos de fósforo na sua composição (0,7% a 0,9%) este é chamado de Fosfogesso. O composto químico Fosfogesso é um resíduo da obtenção de ácido fosfórico (P2O5), matéria prima para a produção de fertilizantes fosfatados. Sua geração é em proporções de 4 a 6 vezes maior que a do próprio ácido fosfórico, sendo assim considerado um grande passivo ambiental para as empresas produtoras de fertilizantes. Fosfogesso é o nome dado ao subproduto da reação química da rocha fosfática com ácido sulfúrico e água. Por meio desta reação, obtem-se o ácido fosfórico, que é usado, principalmente, como matéria-prima para a produção de fertilizantes fosfatados. Além do ácido fosfórico, essa reação forma gesso (fosfogesso) e ácido fluorídrico (LUTHER et al., 1993). Essa reação química é a seguinte: Ca10(PO4)6F2 + 10H2SO4 + 20H2O 10CaSO4 2H2O+ 6H3PO4 + 2HF 6
7 Atualmente, em escala mundial, são produzidas anualmente cerca de 150 milhões de toneladas de Fosfogesso. No Brasil, a produção média anual é de aproximadamente 3,55 milhões de toneladas. O Fosfogesso comercializado no ano de 2005 para a agricultura obteve o volume de venda de toneladas, sendo que deste total, toneladas foram vendidas para clientes do Estado de Goiás (COPEBRÁS, 2007). Este material é composto, principalmente, por gesso, ou seja, sulfato de cálcio hidratado (CaSO4. 2H2O) que tem como impurezas: fluoretos, fosfatos, matéria orgânica e minerais como alumínio e ferro, metais pesados e radionuclídeos (LUTHER et al., 1993). Essas impurezas fazem a diferença entre o gesso e o Fosfogesso, além de causar restrições ambientais ao descarte e aplicações. As substâncias constituídas de sulfato de cálcio podem ser divididas em três grandes categorias, dependendo do teor da água de cristalização e da solubilidade: o dihidratado; o hemihidratado; as anidras I, II, e III (CASTILHO JR. et al., 1998). Figura 1: Pilha de Fosfogesso Copebrás Catalão/GO. O Fosfogesso adquire suas impurezas do fosfato, já que o ácido sulfúrico empregado no processo de fabricação não tem teores relevantes de componentes estranhos. Em termos mundiais, as reservas do Brasil são relativamente pequenas, com predomínio de fosfatos de origem ígnea (RAIJ, 2003). 7
8 Várias pesquisas vem sendo realizadas em diversos países do mundo, incluindo o Brasil, com a intuição de avaliar a possibilidade de reaproveitamento do Fosfogesso, em alguns casos, na agricultura, como fonte de cálcio e enxofre, no cimento, exercendo a função da gipsita como retardante de pega, estes últimos já regularizados e utilizados. O Fosfogesso tem um efeito ambiental favorável atuando na melhoria das propriedades físicas do solo. Isso é marcante em climas áridos e semi-áridos, em que ocorre perda irreversível de solos para a agricultura, por excesso de sais e de sódio e juntamente com a erosão é um dos mais sérios problemas ambientais relacionados ao uso em âmbito mundial (RAIJ, 2003). O gesso, nesses casos, é praticamente um insumo insubstituível. 3. RESULTADOS Os tijolos fabricados utilizando o resíduo fosfogesso em sua composição foram testados de acordo com as normas de procedimentos de laboratório em conformidade com as normas vigentes, sendo os testes: umidade, caracterização granulométrica, ensaio de tensão e ruptura à flexão, absorção de água, porosidade aparente, análise térmica diferencial, retração, perda ao fogo, lixiviação, solubilidade, compressão, radioatividade, dentre outros. Figura 2: Ensaio de tensão e ruptura (escala laboratorial) e ensaio de compressão (escala industrial). 8
9 Os corpos de prova foram dimensionados, quanto a sua largura e espessura, utilizando um paquímetro. Para verificar qual a tensão suportada por cada corpo de prova foi utilizado um deflectômetro (equipamento para efetuar o ensaio) mostrado na Figura 2. Tabela 1: Médias finais de resultados de ensaios em corpo de prova. NORMA ABNT ARGILA PURA FOSFOGESSO 30% Ensaios: UMIDADE RETRAÇÃO PERDA AO FOGO ABSORÇÃO DE ÁGUA POROSIDADE APARENTE TRF (kgf/cm²) TRF (Mpa) Média (%) 25,09 10,47 6,02 13,59 26,10 116,18 11,39 Média (%) 27,05 11,95 7,13 13,32 26,23 130,79 12,82 Diante dos resultados apresentados o aumento significativo da resistência dos corpos que foram adicionados fosfosgesso, seria compreendido pelo fato do Sulfato de Cálcio dihidratado possuir granulometria em formato de fios e menor, sendo a argila constituinte de granulometrias cilíndricas e maiores, aumentando assim a superfície de contato entre as duas matérias primas e justificando o grande aumento na resistência, importante qualidade de produtos cerâmicos. Os ensaios acima citados foram realizados no Laboratório de Cerâmica do SENAI Mario Amato em São Bernardo do Campo São Paulo. Nas Tabelas 2 e 3 estão relacionados as médias dos ensaios feitos nos blocos de escala industrial de compressão, estes realizados no laboratório da Faculdade de Engenharia Mecânica na Universidade Federal de Uberlândia. Tabela 2: Teste de Compreensão escala industrial Argila - Pura Média Largur Compriment Massa no Area Carga Resistência à a o Recebiment bruta de Compressão L (mm) C (g) o Ab Ruptur fb (Mpa) (g) (cm2) a (Kgf) 2570,19 261,79 90,54 289, ,8 2,69 9
10 Tabela 3: Ensaio de compressão bloco argila + 30% de Fosfogesso. Largura Compriment Massa no Area Carga de Resistência à L (mm) o Recebiment bruta Ruptura Compressão C (g) o Ab (Kgf) fb (Mpa) Média 89,92 290,38 (g) (cm2) 2583,63 261, ,5 2,72 A Norma Brasileira (ABNT, 2005) específica, dentre outros requisitos, a resistência à compressão (tb) dos blocos cerâmicos de vedação, calculada na área bruta, que deve ser maior ou igual a 1,5 MPa, para blocos usados com furos na horizontal. Quanto à massa dos blocos, observa-se que a diferença entre os valores médios das duas amostras foi muito pequena, ou seja, 0,3%, não sendo importante a alteração da matéria prima para a fabricação, ou seja, não há reflexos significativos na média das massas com a substituição de 30% da argila de referencia pelo resíduo utilizado. Os blocos com mistura de 30%, caso se utilizem os resultados obtidos para fazer a análise de aceitação ou rejeição, conforme preconiza a norma brasileira ABNT NBR :2005, seriam aceitos, pois atendem ao requisito de resistência individual maior ou igual a 1,5 MPa com número de aceitação de não conformes igual a 2. O ensaio de lixiviação foi realizado conforme a NBR (ABNT, 2004a), que descreve todos os passos deste ensaio de maneira a proporcionar o efeito de percolação dos elementos contidos no resíduo sólido ou solo contaminado. A amostra analisada foi de um bloco queimado fabricado em escala industrial e com proporção de 30% de fosfogesso em sua massa total. Este ensaio foi realizado conforme a ABNT NBR no Laboratório de Ensaios Microbiológicos, Químicos e Ambientais (MQA) localizado na estrutura do Senai Mario Amato São Bernardo do Campo SP. Os resultados dos parâmetros inorgânicos das amostras analisadas encontram-se dentro dos limites especificados pela norma brasileira. Para o ensaio de solubilização utiliza-se a NBR (ABNT, 2004c) que descreve todos os passos deste ensaio de maneira a proporcionar o efeito de solubilização dos elementos contidos no resíduo sólido ou solo contaminado. 10
11 A amostra analisada foi de um bloco queimado fabricado em escala industrial e com proporção de 30% de fosfogesso em sua massa total. Para a preparação deste, esta amostra foi preparada conforme a ABNT NBR no Laboratório de Ensaios Microbiológicos, Químicos e Ambientais (MQA) localizado na estrutura do Senai Mario Amato São Bernardo do Campo SP. Observou - se que bloco apresentou concentração de fluoreto no extrato solubilizado acima dos especificados pela norma. Assim, constata-se que os elementos identificados nas amostras estão vinculados às rochas que deram origem tanto ao fosfogesso como à argila. Devido às características químicas identificadas nos ensaios de solubilização as amostras são classificadas como Classe II A - Não Inerte. Nos ensaios de lixiviação das amostras ensaiadas, tem-se que as mesmas são classificadas como material, Classe II Não Perigoso. As amostras foram classificadas como não inerte, pois quando submetidas a um contato dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não geraram alguns parâmetros solubilizados em concentração superiores aos padrões de potabilidade da água. Apesar de alguns parâmetros químicos dos extratos solubilizados serem encontrados em quantidades superiores ao permitido pela NBR (ABNT, 2004a), há que se levar em consideração que muitas vezes estes elementos já fazem parte da composição das matérias-primas das amostras. O fosfogesso brasileiro pode conter em sua composição traços de elementos radioativos das séries naturais do U e Th (Mazzilli e col., 2001). O uso de materiais de construção contendo radionuclídeos naturais pode causar um incremento de dose à qual os indivíduos do público estão expostos, devido à emissão gama destes elementos e de seus descendentes. Para efeito de monitoração prática, os níveis de investigação podem ser apresentados na forma de um índice de concentração de atividade I, definido como (Radiation Protection 112, 1999): I= C Ra CTh CK Bq kg 200 Bq kg 3000 Bq kg -1 A concentração dos radionuclídeos 226 Ra, 232 Th e 40 K foram medidos em amostras de tijolos fabricados utilizando-se 30% de fosfogesso. Aplicando-se diretamente na expressão acima os valores obtidos para as concentrações de atividade dos radionuclídeos, obteve-se o valor I = 0,8. Este valor está abaixo do 11
12 limite I 1 que é o critério adotado para o uso massivo em materiais na construção civil. Em todos os ensaios realizados, observaram-se variações algumas maiores e outras menores, durante a fabricação dos corpos e até mesmo dos tijolos em escala industrial. Isto pode ocorrer devido a deformações que ocorrem durante o processo danificando o produto final, alterando assim os resultados. Em consideração as alterações ocorridas nos corpos de prova, as mais importantes, para a viabilização deste projeto, mostraram resultados significativamente positivos, exemplo o teste de granulometria ou resíduo, tanto quanto o TRF. Figura 3: Produção dos tijolos em escala industrial No processo de cristalização e de agrupamento das moléculas, facilitou o processo de extrusão, plasticidade e principalmente após secagem e queima houve um aumento considerável na qualidade dos produtos escala industrial. 4 CONCLUSÃO Adicionando o fosfogesso na argila houve melhorias em sua aparência, plasticidade, resistência, queima, extrusão, viabilidade econômica e ambiental. Com a grande necessidade de aumento da produtividade das indústrias oleiras devido o crescimento do mercado de construção civil, o principal objetivo deste projeto será produzir um produto com qualidade, racionalizando a grande 12
13 exploração de recursos naturais, retirar um passivo exposto ao ambiente e reduzir os custos do produto final. No Brasil as indústrias cerâmicas, somam aproximadamente unidades, de acordo com os dados fornecidos pela ANICER (Associação Nacional da Indústria Cerâmica) e que consomem aproximadamente toneladas/mês de argila e produz o equivalente a peças/mês. O produto cerâmico representa para construção civil, cerca de 70% da obra. Portanto, se 30% desta matéria prima for substituída pelo fosfogesso, teremos uma economia mensal de argila aproximadamente toneladas/mês que é equivalente a tijolos/mês. Portanto, a utilização desse passivo na fabricação tijolos e futuramente em todos os produtos a base de cerâmica vermelha é interessante não apenas para as indústrias que o geram, mas também as que irão dispor de um produto sustentável, mais barato, com boa qualidade, e que contribui com a preservação do meio ambiente eliminando um passivo e economizando um recurso natural, argila, sendo esta não renovável. 13
14 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR 7180 Solo Determinação do Limite de Plasticidade Análise Termogravimétrica SENAI Mario Amato - Núcleo de tecnologia em cerâmica ISO 9001 em educação profissional. SENAI SP ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Procedimento para obtenção de extrato lixiviação de resíduos. Rio de Janeiro, 2004b. 16p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Procedimento para obtenção de extrato solubilização de resíduos. Rio de Janeiro, 2004c. 3p. Avaliação da Plasticidade Apostila Escola SENAI Mario Amato. B. MAZZILLI, V. Palmiro, C. Saueia and M.B. Nisti, Radiochemical characterization of Brazilian phosphogypsum, J. Environ. Radioact. 49, (2000). CANUT, M. M. C.; Estudo da Viabilidade do Uso do Resíduo Fosfogesso Como Material de Construção. Dissertação de Mestrado. Departamento de Construção Civil, Universidade Federal de Minas Gerais, MG, Disponível em: Acesso em: 13.mar CASTILHO JR., A. B.; ROMAN, H. R.;. ROCHA, J. C.; CHERIAF, M.; MACCARINI, M.; GLEIZE, P.; LAMBERTS, R.; SORES, S. R. Valorização do Fosfogesso na Construção Civil. Universidade Federal de Santa Catarina-UFSC, Centro Tecnológico-CTC, Núcleo de Pesquisas em Construção-NPC & Laboratório de Pesquisas em Resíduos Sólidos-LARESCO COCCHI, Mônica Chisuano Ensaios Preliminares Apostila Escola SENAI Mario Amato. Análise térmica diferencial Autor desconhecido, Apostila Análise Térmica Diferencial. Ashley, COPEBRÁS, Produção anual de fosfogesso,
15 LUTHER, S. M.; DUDAS, M. J.; RUTHERFORD, P. M. Radioactivity and chemical characteristics of Alberta phosphogypsum; water mair and soil pollution NORTON, F. H. Introdução à tecnologia cerâmica. Editora Edgard Blücher Ltda. São Paulo, Processo de Fabricação - cerâmica vermelha estrutural - Pracidelli, Sebastião SENAI, Ensaios preliminares em cerâmica. Santos, Leia Maria das Neves Apostila SENAI Mário Amato. Radiation Protection 112. Radiological protection principles concerning the natural radioactivity of building materials. European Commission. Directorate-General, Environment, Nuclear Safety and Civil Protection (1999). RAIJ, B. V.Aspectos Agrícolas e Ambientais do Uso de Fosfogesso na Agricultura. Relatório de consultoria para Ultrafértil e Copebrás. Campinas, SP, SANTOS, P. S. Tecnologia de Argilas Vol. 1 Fundamentos, Editora da Universidade de São Paulo. São Paulo,
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