ESTUDO COMPARATIVO DE MASSAS CERÂMICAS PARA TELHAS PARTE 1: CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA, QUÍMICA E FÍSICA

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1 ESTUDO OMPARATIVO DE MASSAS ERÂMIAS PARA TELHAS PARTE 1: ARATERIZAÇÃO MINERALÓGIA, UÍMIA E FÍSIA. M. F. Vieira, T. M. Soares, S. N. Monteiro, R. Sánchez Av. Alberto Lamego, n o 2000, Horto. ampos dos Goytacazes-RJ ep: vieira@uenf.br Universidade Estadual do Norte Fluminense-UENF Laboratório de Materiais Avançados-LAMAV RESUMO Este trabalho tem como objetivo estudar comparativamente as características mineralógicas, químicas e físicas de uma massa cerâmica para telhas do município de ampos dos Goytacazes-RJ com outras três massas cerâmicas para telhas de reconhecida qualidade técnica, possibilitando assim identificar suas possíveis deficiências. Foram estudadas para efeito comparativo com a massa cerâmica proveniente de ampos dos Goytacazes-RJ, duas massas nacionais provenientes dos Estados de Santa atarina e Piauí e uma terceira massa proveniente de Portugal. As massas foram submetidas a ensaios de difração de raios-x, composição química, ATD/ATG e distribuição de tamanho de partícula. Os resultados indicaram que a massa cerâmica proveniente de ampos possui um maior percentual de minerais argilosos em relação às demais massas avaliadas, apresentando com isso, menor percentual de SiO 2, maior percentual de Al 2 O 3 e elevada perda ao fogo. Palavras-chaves: massa cerâmica; telhas; caracterização. INTRODUÇÃO No município de ampos dos Goytacazes-RJ há uma grande produção de cerâmica vermelha estimada em 80x10 6 peças/mês. A produção é basicamente voltada para os blocos de vedação. Há ainda pequena produção de telhas, pisos rústicos, bloco estrutural e tijolos aparentes. erca de cinco cerâmicas produzem telhas prensadas dos tipos romana e portuguesa. Estas telhas apresentam cor de queima avermelhada e são queimadas em fornos Hoffmann e Paulistinha, utilizando lenha, na fase de pré-aquecimento, e gás natural como combustíveis. Há ainda olarias rudimentares, algumas sem energia elétrica e com preparação da massa movida a burro, produzindo telhas francesas e tijolos refratários. Existe na região uma grande dificuldade para produção de telhas dentro especificações técnicas exigidas, principalmente no que se refere ao parâmetro de absorção de água que deve ser menor que 18% (1). Estes produtos são elaborados com argilas locais que são sedimentos quaternários de origem flúvio-lacustre, apresentando predominância caulinítica e elevado percentual de minerais argilosos (2-5). Normalmente para preparação da massa cerâmica utilizam-se duas argilas denominadas de fraca e forte, conforme denominação usual no jargão cerâmico. A diversificação da produção de cerâmica vermelha, principalmente com a fabricação de produtos de elevado valor agregado como as telhas cerâmicas, é uma das linhas de atuação do Laboratório de Materiais Avançados-LAMAV da Universidade Estadual do Norte Fluminense-UENF em parceria com empresas da região de ampos. om isso, este trabalho, nesta primeira parte, teve por objetivo estudar comparativamente os resultados de caracterização de uma massa cerâmica para telhas do município de ampos-rj com outras três massas cerâmicas para telhas de reconhecida qualidade técnica. Desta forma, torna-se possível avaliar os resultados das propriedades tecnológicas determinados na segunda parte deste trabalho, identificar possíveis deficiências na massa cerâmica da região e direcionar os estudos para reformulações das massas e identificação das condições ótimas de processamento. 261

2 MATERIAIS E MÉTODOS Para realização deste trabalho foi utilizada uma massa cerâmica para telhas proveniente de indústria do pólo cerâmico do município de ampos dos Goytacazes-RJ, a qual foi comparativamente avaliada com outras três massas cerâmicas para telhas provenientes de indústrias das regiões de: Teresina (Piauí), Morro da Fumaça (Santa atarina) e oímbra (Portugal). As quatro massas cerâmicas estudadas são utilizadas para fabricação de telhas com cor de queima avermelhada. As massas cerâmicas foram coletadas na linha de produção após a etapa de extrusão, garantindo assim uma boa homogeneização. Após coleta das matérias-primas, estas foram inicialmente secas em estufa a 110 o e desagregadas com pilão manual. As matérias-primas foram submetidas aos seguintes ensaios de caracterização: difração de raios-x, ATD / ATG, composição química e distribuição de tamanho de partícula. Para os ensaios de difração de raios-x, foram utilizadas amostras em forma de pó em difratômetro marca SHEIFERT, modelo URD 65, operando com radiação de u-k α, e variando de 5 o a 65 o. As análises térmica-diferencial e diferencial termo-gravimétrica foram realizadas num módulo de análise simultâneo, modelo SDT2960 da TA Instrumentos. A taxa de aquecimento empregada foi de 10 o /min e atmosfera de ar. A composição química das massas foi realizada por espectrometria de fluorescência de Raios-X. A distribuição de tamanho de partícula foi realizada por peneiramento via úmida e sedimentação via Pipeta de Andreasen. RESULTADOS E DISUSSÃO A Figura 1 mostra os difratogramas de raios -X das massas cerâmicas. Observa-se que a massa cerâmica Santa atarina apresenta a composição mineralógica mais simples, sendo identificada apenas presença de caulinita e quartzo. Nas massas Portugal e Piauí foram observadas também a presença de mica/ilita. Já na massa ampos-rj, observa-se além da presença de caulinita, mica/ilita e quartzo, picos de difração da gibsita (hidróxido de alumínio) e traços de minerais argilosos esmectíticos(*). Massa Santa atarina Massa Piauí Intensidade (u.a.) Massa Portugal Massa ampos-rj -aulinita - Mica muscovita / Ilita - uartzo Gi- Gibsita * Gi

3 Figura 1 Difratogramas de raios-x das massas cerâmicas. De acordo com a Tabela I, observa-se que a massa cerâmica de ampos apresenta um menor teor de sílica (SiO 2 ) e maior teor de alumina (Al 2 O 3 ) dentre as massas avaliadas. Isto é um indicativo de maior percentual de minerais argilosos. Esta indicação é reforçada pelo elevado valor de perda ao fogo obtido, 11,43%. Observa-se também que todas as massas apresentam elevado percentual de hematita (Fe 2 O 3 ), responsável pela cor avermelhada dos produtos após queima. Em relação aos óxidos alcalinos (K 2 O + Na 2 O), as massas apresentam teores variando de 1,59%, da massa de Santa atarina a 3,14%, à massa de Portugal. a massa de ampos apresenta percentual intermediário, de 1,92%. Tabela I omposição química das massas cerâmicas. Massas Determinações SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 K 2 O Na 2 O ao MgO PF ampos-rj 44,56 29,64 9,21 1,44 1,41 0,51 0,24 1,10 11,43 Santa atarina 68,35 15,60 5,96 1,17 1,36 0,23 0,14 0,71 5,83 Piauí 61,39 19,74 6,93 1,11 2,20 0,23 0,31 0,91 6,91 Portugal 63,94 18,68 6,05 0,76 2,82 0,32 0,09 1,56 5,57 A Figura 2 mostra as curvas de análise termo-diferencial das massas cerâmicas. Observa-se que as massas apresentam um primeiro pico endotérmico que varia de 70,85 o para a massa de Santa atarina até 74,93 o para a massa Portugal. Este pico endotérmico está relacionado com a eliminação de água de umidade. Em seguida, a massa ampos-rj apresenta um segundo pico endotérmico a 262,88 o característico de decomposição de hidróxidos de alumínio (gibsita) e eventuais hidróxidos de ferro. A presença de hidróxidos é indesejável já que haverá uma necessidade adicional de energia para sua decomposição e no caso da gibsita ocorre liberação de alumina (Al 2 O 3 ) que aumenta refratariedade da massa. Já a decomposição de hidróxidos de ferro libera Fe 2 O 3 que se mantendo na forma oxidada, também atua no sentido de aumentar a refratariedade da massa (6). Observa-se que as demais massas cerâmicas não apresentam pico endotérmico pronunciado em torno desta temperatura. Este pico endotérmico da massa cerâmica de ampos-rj está associado a uma perda de massa de 2,478%, de acordo com as curvas de Figura 3. Já na faixa de temperatura variando de 464,44 o para a massa Santa atarina à temperatura de 491,35 o para a massa de ampos-rj, ocorre a eliminação das hidroxilas dos minerais argilosos. Observa-se que a correspondente perda de massa é de 7,412% para a massa ampos-rj, 4,843% para a massa Piauí, 4,173% para a massa Santa atarina e 3,871% para a massa Portugal. Isto mostra que a massa ampos-rj apresenta um percentual de mineral argiloso bem superior às demais massas avaliadas. Em temperaturas em torno de 570 o ocorre um outro pico endotérmico, porém de baixa intensidade para as massas Santa atarina, Piauí e Portugal. Este pico está associado à transformação alotrópica do quartzo-α para quartzo-β. Observa-se que massa ampos-rj não apresenta este pico, que é devido ao baixo percentual de quarto presente. Por fim, as massas cerâmicas de ampos e santa atarina apresentam um leve pico exotérmico nas temperaturas de 951,98 o e 928,44 o, respectivamente. Este pico é característico da formação de novas fases a partir da decomposição da metacaulinita. 263

4 Figura 2 urvas de ATD das massas cerâmicas. Figura 3 urvas de ATG das massas cerâmicas. De acordo com a Figura 4, pode-se observar que a massa cerâmica de ampos -RJ localiza-se no diagrama de Winkler numa região mais próxima do vértice < 2µm em relação às demais massas. Isto comprova que esta massa apresenta o maior percentual de fração argila dentre as massas avaliadas. As demais massas apresentam teores muito próximos de fração argila, sendo que para as massas de Santa atarina e Portugal este percentual é de 43%. Para a massa cerâmica proveniente do Piauí, este percentual é de 46%. Entretanto, conforme pode ser observado, apesar das massas de Santa atarina e Portugal apresentarem o mesmo percentual de fração argila, elas se localizam em regiões distintas no diagrama. Isto é porque a massa cerâmica proveniente de Santa atarina apresenta um maior percentual de fração granulométrica > 20µm em relação à fração granulométrica compreendida entre 2-20µm. Já a massa de Portugal apresenta um maior percentual de fração granulométrica de 2-20µm em relação à fração > 20µm. Já a massa cerâmica do Piauí apresenta percentuais semelhantes das frações granulométricas 2-20µm e > 20µm. Pode-se observar também que à exceção da massa cerâmica proveniente do Piauí que se localiza no diagrama de 264

5 Winkler dentro de região apropriada para produtos de cerâmica vermelha, as demais massas localizam-se em torno destas regiões. < 2 mm Massas cerâmicas ampos-rj - a Santa atarina - S PT a PI A S Piauí - PI Portugal - PT B D 2-20 mm > 20 mm µm Figura 4 Localização das massas cerâmicas no diagrama de Winkler. ONLUSÕES A massa cerâmica para telhas de ampos-rj apresenta significativas diferenças nos aspectos mineralógicos, químicos e físicos em relação às massas cerâmicas de Santa atarina, Piauí e Portugal. As massas cerâmicas Santa atarina, Piauí e Portugal apresentam picos de difração predominantes de quartzo seguidos de caulinita e mica/ilita. Já a massa cerâmica de ampos-rj apresenta uma composição mineralógica mais complexa com picos de difração predominantes da caulinita, seguidos de quartzo, gibsita e traços de minerais argilosos esmectiticos. A massa de ampos apresenta baixa relação sílica/alumina e elevada perda ao fogo que estão associadas a elevado percentual de fração argila e à presença de hidróxidos. Os maiores percentuais de fração argila e hidróxidos na massa de ampos são confirmados nas curvas de ATG Já as massas cerâmicas de Santa atarina, Piauí e Portugal apresentam elevada relação sílica/alumina e baixa perda ao fogo, que são devidos a um maior percentual de quartzo em suas composições mineralógicas. A distribuição de tamanho de partículas das massas cerâmicas confirma o elevado percentual de fração argila da massa cerâmica de ampos-rj, 53%. As demais massas estudadas apresentam percentual de fração argila menor, de 43 e 46%, respectivamente. AGRADEIMENTOS Os autores agradecem a FAPERJ pelo apoio para realização deste trabalho, processos n o E /2001e E /2002. REFERÊNIAS BIBLIOGRÁFIAS 265

6 /02/ p. 2..M.F. Vieira, S.N. Monteiro, Tile & Brick Int. 18 (2002) M.F. Vieira, S.N. Monteiro, J. Duailibi Filho, Anais do 45 o ongresso Brasileiro de erâmica, Florianópolis, S, Junho de 2001, em D-ROM. 4..M F. Vieira, J.N.F. Holanda, D.G. Pinatti, erâmica 46 (2000) J. N. F. de Holanda, M. F. Vieira. Mundo erâmico 82 (2002) M. F. Abajo, Manual Sobre Fabricación de Baldosas, Tejas y Ladrillos, Ed. BERALMAR S.A., Terrassa, Espanha (2000) OMPARATIVE STUDY OF ROOFING TILES BODIES PART 1: MINERALOGIAL, HEMIAL AND PHYSIAL HARATERIZATION. M. F. Vieira, T. M. Soares, S. N. Monteiro and R. Sánchez Av. Alberto Lamego 2000, Zip code , ampos dos Goytacazes-RJ, Brazil.vieira@uenf.br State University of the North Fluminense, UENF Advanced Materials Laboratory ABSTRAT This work has, as a first objective, to perform a comparative study of the mineralogical, chemical and physical characteristics of ceramic bodies for roof tiles. The ceramic body from ampos dos Goytacazes will be compared to other three from well recognized technical quality producers. These were producers from the States of Santa atarina and Piaui in Brazil as well as from Portugal. The comparison would allow for identification of possible deficiencies in the ampos dos Goytacazes ceramic body. For this study, the bodies were submitted to X-ray diffraction, chemical composition, thermal analysis (DTA/DTG) and particle size distribution tests. The results indicate that the ceramic body from ampos dos Goytacazes presents a grater percentage of clay minerals with respect to the other bodies. This is associated with lower amount of SiO 2, higher amount of Al 2 O 3 and great loss of ignition. Key-words: ceramic body, roofing tile, characterization. 266