ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE RESÍDUOS DE CAULIM E GRANITO PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS PARTE II

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1 1 ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE RESÍDUOS DE CAULIM E GRANITO PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS PARTE II M. A. F. Ramalho, R. R. Almeida, G. A. Neves, L. N. L. Santana Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP: , Campina Grande PB mel_lbr@yahoo.com.br, gelmires@dema.ufcg.edu.br Universidade Federal de Campina Grande Departamento de Engenharia de Materiais RESUMO Atualmente, os resíduos de mineração e beneficiamento de caulim e granito estão sendo largamente estudados em virtude do grande impacto ambiental provocado quando descartados indiscriminadamente na natureza. Assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a potencialidade de resíduos oriundos do beneficiamento do caulim e granito, visando sua utilização em massas cerâmicas para produção de blocos cerâmicos e telhas. Inicialmente, as matérias-primas foram beneficiadas e caracterizadas. Em seguida, preparou-se quatro composições, que foram conformadas por prensagem uniaxial em forma de lâminas prismáticas na pressão de 200 Kgf. Os corpos de prova foram secos em estufa a 110ºC e sinterizados nas temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC. Por fim, foram realizados os ensaios tecnológicos de absorção de água, porosidade aparente, densidade aparente, retração linear e resistência mecânica. Os resultados preliminarmente obtidos com a incorporação dos resíduos como matéria-prima cerâmica evidenciam sua utilização para produção de blocos cerâmicos e telhas. Palavras-chave: resíduo de caulim, resíduo de granito, cerâmicas convencionais INTRODUÇÃO A reciclagem e reutilização de resíduos provenientes de diferentes processos industriais como novas matérias-primas cerâmicas tem sido objeto de pesquisas em diversas instituições e têm-se buscado soluções que consideram vários aspectos: a proximidade com a fonte geradora de resíduos, o tipo e a quantidade de resíduo

2 2 disponível, a tecnologia e tipos de produtos que poderão absorvê-lo, o custo de discarte e tratamento e, finalmente, o impacto econômico e ambiental da reciclagem do resíduo. A indústria cerâmica é uma das que mais se destacam na reciclagem de resíduos industriais e urbanos, em virtude de possuir elevado volume de produção que possibilita o consumo de grandes quantidades de rejeitos e que, aliado às características físico-químicas das matérias-primas cerâmicas, faz da indústria cerâmica como uma das grandes opções para a reciclagem de resíduos sólidos (1). O aproveitamento de resíduo como matéria-prima cerâmica tem na realidade, efeitos positivos nas propriedades dos produtos cerâmicos semi-acabados e acabados, ainda que alguns casos, o desempenho possa piorar em alguns aspectos. Os efeitos do resíduo influenciam em todas as fases do processo (moldagem, secagem e sinterização) e tem repercussão em propriedades dos produtos acabados, tais como, retração, porosidade, absorção de água e resistência mecânica (2). Um dos grandes desafios para o século XXI é a eliminação dos resíduos industriais provenientes das empresas mineradoras. Pesquisas sobre reciclagem de resíduos vêm sendo desenvolvidas em todo mundo. As razões que motivam esses países em geral são: esgotamento das matérias-primas não renováveis, redução do consumo de energia, menores emissões de poluentes, redução de custos, melhoria na saúde e segurança da população. No Brasil, diversos pesquisadores intensificaram estudos sobre reciclagem de resíduos para uso como matérias-primas cerâmicas destacando dentre eles: os resíduos combustíveis, os resíduos fundentes, as cinzas volantes e os resíduos de mineração, etc. A reciclagem destes resíduos é uma das maneiras de diversificar a oferta de matérias-primas alternativas para produção de componentes cerâmicos, viabilizando eventualmente reduções de preço (3). A disposição dos resíduos da serragem de granitos e do beneficiamento caulim nos municípios dos Estados da Paraíba e Rio Grande do Norte, atualmente tem um volume bastante significativo, uma vez que no processo de beneficiamento de caulim primário o rendimento é de aproximadamente 30% do total extraído da jazida, ou seja, de cada tonelada bruta, menos de um terço é aproveitado. Para o beneficiamento de granito estima-se que hoje que o desperdício, no processo de

3 3 extração e beneficiamento pode chegar até 40% dos blocos, na forma de costaneiras e lama abrasiva. O uso dos referidos resíduos como matéria-prima cerâmica alternativa está baseado na substituição de parte dos materiais não plásticos. Esses resíduos tem em sua constituição mineralógica um elevado percentual de quartzo, feldspato, mica e calcário, etc. que provavelmente poderá ser utilizado em composições para produtos cerâmico alternativo de baixo custo (3). De acordo com Menezes et al. (4), a argila é uma das mais usadas matérias primas, com um amplo leque de aplicações desde a indústria química à da construção civil, onde tem papel especial, seja na produção de cimentos, tijolos, telhas, sanitários ou revestimentos cerâmicos. O Brasil tem enorme potencial de jazimentos de argilas, o que o coloca em situação de vantagem no setor produtivo frente a concorrência internacional. Convencionou-se definir o Setor Cerâmico em segmentos que se diferenciam pelos produtos obtidos e mais precisamente pelos Mercados que estão inseridos. No Brasil há enormes jazidas de argilas, com importância em diversas áreas, principalmente na indústria de cerâmica vermelha. Este tipo de indústria abrange a fabricação de produtos a base de argilas (5). Produtos tais como tijolos, blocos cerâmicos, lajotas e telhas são destinados a indústria da construção civil, compreendendo hoje cerca de pequenas e médias unidades produtivas dispersas por todo o país (6). Assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a potencialidade de resíduos oriundos do beneficiamento do caulim e granito, visando sua utilização em massas cerâmicas para produção de blocos cerâmicos e telhas. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Os materiais utilizados nesta pesquisa foram: Resíduos de caulim. Resultantes do beneficiamento de caulins primários, extraídos da planície pegmatítica da Borborema, localizada no município de Juazeirinho-PB e cedidos pela CAULISA Indústria S/A. Argila. Procedente da Cerâmica Espírito Santo, Município de Espírito Santo PB.

4 4 Resíduos de granito. Proveniente da Empresa FUGI S.A Mármores e Granitos, Alça Sudoeste, S/N, Distrito Industrial do Ligeiro, Campina Grande-PB. Métodos Preparação das amostras Inicialmente as matérias-primas foram secas em estufa a uma temperatura a 110ºC por 24h, até massa constante. Posteriormente, foram beneficiadas em um moinho do tipo galga, passados em peneira ABNT N.º 50 (0,297mm), acondicionados em sacos plásticos, e etiquetados de forma a permitir sua identificação. Formulação das massas cerâmicas As massas cerâmicas incorporadas com resíduos de caulim e granito encontram-se na Tabela I. As massas foram misturadas em moinho de bolas por 2h e em seguida umedecida com um teor de umidade de 10%. A Tabela I abaixo, mostra as composições das massas estudadas. Tabela I Composição (% em peso) das massas estudadas. Matérias - Primas Composição (% em peso) M1 M2 M3 M4 M5 M6 Argila Resíduo de caulim Resíduo de granito Moldagem dos corpos de prova Os corpos de prova foram moldados por prensagem uniaxial em uma prensa hidráulica, na forma de lâminas prismáticas 6,0cm x 2,0cm x 0,5cm na pressão de 20 MPa. De acordo com a sistemática adotada por Sousa Santos (7). Ensaios Tecnológicos Após a secagem a 110ºC em estufa, foi realizada a queima dos corpos de prova, nas temperaturas de 800ºC, 900ºC, 1000ºC. O resfriamento ocorreu naturalmente até temperatura ambiente.

5 5 Em seguida ao tratamento térmico nas temperaturas citadas acima, os corpos de prova foram submetidos a determinação das propriedades físico-mecânicas, segundo a as especificações adotadas por Sousa Santos (7), determinando-se absorção de água, porosidade aparente, retração linear, densidade aparente e resistência mecânica. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise química A Tabela II apresenta a composição química das matérias-primas estudadas. Tabela II Análise Química das matérias-primas e da massa estudada. SiO Amostras 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 K 2 O TiO 2 CaO MgO Na 2 O (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Resíduo de traços 3.52 granito Resíduo de 56, ,14 0, caulim Argila PF perda ao fogo Analisando os valores da composição química na Tabela II, observa-se que os resultados evidenciaram que os resíduos são classificados como sendo sílicoaluminosos com elevados teores de sílica, maiores que 55%. O resíduo de granito apresentou teores de alumina e ferro em torno de 13 e 6% respectivamente, mostrando que seu uso cerâmico conduzirão provavelmente após sinterização a colorações avermelhadas. Enquanto que o resíduo de caulim apresentou cerca de 36% de alumina e 1% de ferro. A argila estudada apresentou teor de sílica de 56% e teores de alumina e ferro de 23% e 11%, respectivamente, conduzindo provavelmente após sinterização a colorações avermelhadas. A Tabela III apresenta os resultados das propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos após secagem a 110ºC.

6 6 Tabela III Propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova após secagem. Amostras Umidade Prensagem (%) RL (%) TRF (MPa) M1 9,71 ± ,81 ± 0,09 6,01 ± 0,14 M2 9,92 ± 0,17 1,51 ± 0,18 4,98 ± 0,06 M3 9,45 ± 0,17 0,54 ± 0,05 3,78 ± 0,11 M4 12,46 ± 0,11 1,18 ± 0,03 4,75 ± 0,13 M5 9,19 ± 0,21 0,65 ± 0,11 4,26 ± 0,20 M6 6,34 ± 0,03 0,60 ± 0,07 4,54 ± 0,22 Especificação (Souza Santos, 1992) 5 a 30 NE >0.45 RL Retração linear de secagem; TRF Tensão de ruptura à flexão. Analisando os valores obtidos na Tabela II, verifica-se os valores obtidos para tensão de ruptura à flexão encontram-se superiores ao especificado (mínimo de 0.45 MPa) por Souza Santos (7) para que uma massa possa ser utilizada em cerâmica vermelha após secagem. Para retração linear os valores variaram de 0.60% (M6) a 1,51% (M2). Segundo Santos (7) é desejável que estes valores não ultrapassem 6%. As Tabelas IV, V e VI apresentam os resultados obtidos pelos ensaios tecnológicos dos corpos de prova prensados a 20 MPa e queimadas nas temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC, respectivamente. Tabela IV resultados obtidos dos corpos de prova sinterizados a 800ºC. Amostras AA (%) PA (%) DA (g/cm 3 ) RQ (%) TRF (MPa) M ± ± ± ± ,84 ± 0.14 M ± ± ± 0, ± ± 0.25 M ± ± ± ± ± 0.15 M ± ± ± ± ± 0.24 M ± ± ± ± ± 0.37 M ± ± ± ± ± 0.18 Especificação (Souza Santos (7) ) NE 5.00 AA Absorção de Água; PA Porosidade Aparente; DA Densidade Aparente; RQ Retração de Queima; TRF Tensão de ruptura à flexão; NE Não Especificado.

7 7 Tabela V resultados obtidos dos corpos de prova sinterizados a 900ºC. Amostras AA (%) PA (%) DA (g/cm 3 ) RQ (%) TRF (MPa) M ± ± ± ± ± 0.29 M ± ± ± ± ± 0.40 M ± ± ± ± ± 0.06 M ± ± ± ± ± 0.17 M ± ± ± ± ± 0.19 M ± ± ± ± ± 0.27 Especificação (Souza Santos, 1992) 25,00 35,00 1,70 NE 5.00 AA Absorção de Água; PA Porosidade Aparente; DA Densidade Aparente; RQ Retração de Queima; TRF Tensão de ruptura à flexão; NE Não Especificado. Tabela VI resultados obtidos dos corpos de prova sinterizados a 1000ºC. Amostras AA (%) PA (%) DA (g/cm 3 ) RQ (%) TRF (MPa) M ± ± ± ± ± 0.26 M ± ± ± ± ± 0.46 M ± ± ± ± ± 0.37 M ± ± ± ± ± 0.15 M ± ± ± ± ± 0.53 M ± ± ± ± ± 0.41 Especificação (Souza Santos, 1992) 25,00 35,00 1,70 NE 5.00 AA Absorção de Água; PA Porosidade Aparente; DA Densidade Aparente; RQ Retração de Queima; TRF Tensão de ruptura à flexão; NE Não Especificado. Analisando as Tabelas IV, V e VI acima, verifica-se que os valores de absorção de água e porosidade aparente diminuem com o aumento de temperatura, alcançando valores inferiores a 15% (9%<AA<15%). Comparando com os valores especificados, observa-se que todos os valores obtidos foram inferiores ao especificado ( 25,00%) determinado por Sousa Santos (7), podendo essas massas serem utilizadas em cerâmica vermelha, nos seguintes usos, blocos cerâmicos e telhas.

8 8 Com relação a retração linear, verifica-se um aumento da retração linear de queima com o aumento da temperatura. No início do processo de secagem, as partículas de argila estão envolvidas e separadas umas das outras por uma fina película de água. Com o progresso da secagem e a remoção da água, a separação entre as partículas diminui, o que ocasiona a retração. Em termos de produto, é necessário que essa retração seja mínima. Para tensão de ruptura à flexão, verifica-se que os valores de resistência mecânica diminuem com aumento da porcentagem de resíduo. Por outro lado, aumentam com o aumento da temperatura de queima. Comparando com os valores especificados, observa-se que todos os valores obtidos se encontram em torno do especificado (> 5,00 MPa) para uso em blocos cerâmicos e telhas. A Figura 1 e 2 apresentam as curvas dos resultados das propriedades físicomecânicas dos corpos de prova obtidos a partir das massas estudadas e sinterizados às temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC M1 M2 M3 M4 M5 M6 Absorção de água (%) Temperatura (ºC) Figura 1 Comportamento físico dos corpos de prova obtidos a partir das massas estudadas, sinterizados nas temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC.

9 9 7,5 7,0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 6,5 MRF (MPa) 6,0 5,5 5,0 4,5 4, Temperatura (ºC) Figura 2 Comportamento mecânicas dos corpos de prova obtidos a partir das massas estudadas, sinterizados nas temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC. Analisando a Figura 1 e 2 acima, verifica-se que os valores de absorção de água das massas estudadas diminuem com o aumento da temperatura. Este fato pode está relacionado com a formação da fase vítrea, que é responsável pelo fechamento dos poros, ocasionando uma diminuição dos poros com o aumento da temperatura. Observa-se que os valores de tensão de ruptura à flexão aumentam com o aumento de temperatura. Analisando as massas individualmente, observa-se que a adição dos dois resíduos aumenta a absorção de água das peças conformadas, e diminuem a resistência mecânica das mesmas. Este fato se deve a quantidade elevada de silica presente nos resíduos. A massa que continha resíduo de granito e argila apresentou menor absorção de água do que a massa que continha resíduo de caulim e argila, devido ao resíduo de granito conter alto teor de fundentes, principalmente CaO, Fe 2 O 3 e K 2 O, quando comparado ao resíduo de caulim, que contém elevado teor de SiO 2 e Al 2 O 3. CONCLUSÃO A partir dos resultados obtidos com os corpos de prova confeccionados a partir das massas cerâmicas M1, M2, M3, M4, M5 e M6, incorporadas com resíduo de caulim e granito para produção de cerâmica vermelha, verifica-se que os resultados

10 10 referentes às propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova após secagem, mostraram que os valores obtidos para tensão de ruptura à flexão encontram-se superiores ao especificado (mínimo de 0.45 MPa) por Souza Santos (7) para que uma massa possa ser utilizada em cerâmica vermelha após secagem. Os resultados referentes às propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova após sinterização a 800ºC, 900ºC e 1000ºC, mostraram que todos os valores obtidos para absorção de água foram inferiores ao especificado ( 25,00%), e os valores de tensão de ruptura se encontram em torno da especificação proposta por Sousa Santos (7), (>5,00 MPa), podendo essas massas serem utilizadas em cerâmica vermelha para uso em blocos cerâmicos e telhas. Assim, conclui-se que os resultados obtidos evidenciam a potencialidade do uso de resíduos oriundos do beneficiamento do caulim e granito das indústrias beneficiadoras da Paraíba, para aplicação em massas cerâmicas para produção de blocos cerâmicos. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao projeto PIBIC/CNPq e a FAPESP pelo auxílio financeiro concedido para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa. Ao laboratório do Departamento de engenharia de materiais da UFCG, pela concessão dos equipamentos para realização dos ensaios de caracterização. À CAULISA Indústria S/A, à Cerâmica Espírito Santo e à Empresa FUGI S.A Mármores e Granitos, pelo fornecimento das matérias-primas utilizadas nesta pesquisa. REFERÊNCIAS 1. MENEZES, R. R., FERREIRA, H. S., NEVES, G. de A.. Cerâmica, abr./jun. 2002, vol.48, no.306, p ISSN MACEDO, R. S. Estudo das matérias-primas e tijolos cerâmicos furados produzidos no Estado da Paraíba. Campina Grande-PB, 1996, 200p. Dissertação de Mestrado, Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba. 3. MENEZES, R. R., NEVES, G. de A, FERREIRA, H. C. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. V. 6, n. 2, 2002, p MENEZES, R. R., NEVES, G. A., PATRICIO, S. M. R., FERREIRA, H. C. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis SC, 2001, p

11 11 5. BUSTAMANTE, G. M., BRESSIANI, J. C. Cerâmica Industrial, 5 (3) Maio/Junho, OLIVEIRA, G. E. & HOLANDA, J. N. F. Cerâmica, abr./jun. 2004, vol.50, no.314, p ISSN SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de argilas. 3ed. São Paulo. Volume I. Edgar Blucher LTDA, STUDY OF THE POTENTIALITY OF RESIDUES OF KAOLIN AND GRANITE FOR PRODUCTION OF CERAMIC BLOCKS - PART II ABSTRACT Currently, the residues of mining and improvement of kaolin and granite are being wide studied in when discarded virtue of the great provoked ambient impact indiscriminately in the nature. Thus, the present work has as objective to evaluate the potentiality of deriving residues of the improvement of kaolin and granite, being aimed at its use in ceramic masses for production of ceramic blocks and roofing tiles. Initially, the raw materials had been benefited and characterized. After that, one prepared four compositions that had been conformed by pressing in form of prismatic blades in the pressure of 200 Kgf. The test bodies had been dry in greenhouse 110ºC and sinterized in the temperatures of 800ºC, 900ºC and 1000ºC. Finally, the technological assays of water absorption, apparent porosity, apparent density, linear retraction and resistance had been carried through mechanics. The results preliminarily gotten with the incorporation of the residues as ceramic raw material evidence its use for production of ceramic blocks and roofing tiles. Word-key: residue of kaolin, conventional granite residue, ceramics