DILATOMETRIA DE ARGILAS DO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO/MS

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1 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 1 DILATOMETRIA DE ARGILAS DO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO/MS G.R. dos Santos, D.S. Fogaça, C.M. Lenz, A.R. Salvetti. Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Depto. de Física CCET Cidade Universitária s/n - Caixa Postal 549- CEP , Campo Grande-MS; salvetti@nin.ufms.br RESUMO O presente trabalho consistiu no estudo dilatométrico de três argilas do município de Rio Verde de Mato Grosso/MS objetivando contribuir para o desenvolvimento do setor cerâmico do Estado de Mato Grosso do Sul. As amostras coletadas serão utilizadas comercialmente por cerâmicas da região e estão sendo testadas para fabricação de revestimento cerâmico para construção civil. Foram utilizadas técnicas de análise termomecânica (TMA) de tal forma que se pode determinar as temperaturas dos possíveis eventos térmicos e as mudanças de propriedades físicas ou químicas com diferentes taxas de aquecimento. As curvas dilatométricas mostraram claramente uma dependência entre as temperaturas dos eventos e as variações dimensionais que ocorreram nas amostras com as diversas curvas de queima. Variações estas relacionadas com alguns dos seguintes fenômenos: eliminação de constituintes, dilatação física, reações e transformações cristaloquímicas, sinterização e formação de fase vítrea. A amostra mais fundente foi a amostra denominada Gil Fundo (GF). Palavras-Chave: argila, retração, dilatometria. INTRODUÇÃO As amostras estudadas são argilas coletadas em Rio Verde de Mato Grosso/MS, a serem utilizadas como matéria-prima por cerâmicas/olarias da região para a fabricação de artefatos cerâmicos, que até o presente momento tem suas indústrias cerâmicas totalmente voltadas para fabricação de cerâmica vermelha

2 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 2 (lajotas, tijolos e telhas). O material argiloso foi coletado na região onde afloram as formações Ponta Grossa e Aquidauana e são, provavelmente, da Formação Ponta Grossa que aflora numa faixa estreita de direção N-S que se estende de Rio Negro a Pedro Gomes, como mostra a figura 1. Figura 1: Localização da faixa de afloramentos da formação Ponta Grossa e da Formação Aquidauana em Mato Grosso do Sul. Os folhelhos dessa Formação são a principal fonte de matéria prima para as indústrias de cerâmica vermelha do norte do Estado de Mato Grosso do Sul. Os materiais argilosos sob a ação do calor sofrem dilatações e retrações em função da temperatura. O registro dessas mudanças de dimensão resulta em curvas típicas que podem ser modificadas dependendo da composição da argila, sejam referentes aos diversos argilominerais ou pela presença e quantidade de minerais de argila como o quartzo, feldspatos, calcário, etc (1). Assim, o uso da análise termomecânica (TMA), que é um método analítico que monitora as mudanças dimensionais sofridas por um corpo de prova quando aquecido progressivamente, permite estudar o comportamento das argilas sob ação do calor que refletem em mudanças nas propriedades físicas, estruturais e químicas (2). As curvas dilatométricas mostram as variações dimensionais que ocorrem numa amostra, variações relacionadas com alguns dos seguintes fenômenos: eliminação de constituintes podendo originar produtos gasosos, dilatação física, reações e transformações cristaloquímicas, sinterização e formação de uma fase 2

3 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 3 vítrea. O estudo das mesmas permite determinar a ocorrência de fissuras, deformações ou tensões residuais (3,4). MATERIAIS E MÉTODOS O pó umidificado e granulado utilizado para confecção dos corpos de prova foi obtido através de secagem, moagem, peneiramento, umidificação com granulação e homogeneização das amostras de argilas coletadas na cidade de Rio Verde de Mato Grosso/MS. Foram coletadas três amostras para a análise denominadas: Ipiranga (I), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS). As amostras foram moídas a seco em moinho de martelos de marca Tigre e peneiradas até uma granulometria passante na peneira de malha ABNT n 20 (0,085mm). Após a moagem as mesmas foram umidificadas até atingirem aproximadamente 8,0% de umidade, sendo então postas a repousar em recipientes hermeticamente fechados para não perderem umidade, no mínimo por 48 horas, após o que foram conformados os corpos de prova. As prensagens foram efetuadas em prensa semi-automática Gabbrielli. Dos corpos prensados verdes e dos corpos após a queima realizada no trabalho de propriedades físicas - influência da taxa de aquecimento (5), foram retirados manualmente os corpos de prova para os ensaios da análise termomecânicas com aproximadamente 4,0 mm de comprimento. As análises termomecânicas foram feitas utilizando o equipamento TMA 50H da Shimadzu, com taxa de aquecimento de 10 C/min, 30 C/min e 50 C/min, e temperatura máxima de 1200 C sem patamar. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos para as três amostras, Ipiranga (I), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS) para as diferentes rampas de aquecimento 10, 30 e 50 C/min (figuras 2,3 e 4) apresentaram, inicialmente, contração em conseqüência da perda de água livre, seguidas de dilatações na faixa de eliminação da matéria orgânica que se acentuaram em torno de 500 C. Entre 500 C e 600 C ocorreram fortes dilatações devido à presença do quartzo (transição de α para β). Seguiram-se então intervalos com pequenas variações dimensionais entre 700 C e 900 C. Entre 900 C e 1000 C 3

4 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 4 acentuaram-se as contrações resultantes, provavelmente, da destruição da metacaulinita com formação de novas fases cristalinas (6,7). Seguidas, finalmente, de retração devida à sinterização e formação de fase vítrea. A seguir estão as curvas da análise termomecânica (TMA) das amostras Ipiranga (I), Gil Superfície (GS) e Gil Fundo (GF), figuras 2, 3 e 4 respectivamente, para taxa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min a partir de corpos verdes. Figura 2 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Ipiranga (I), para taxa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min a partir de corpos verdes. Figura 3 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Gil Superfície (GS), para taxa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min a partir de corpos verdes. 4

5 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 5 Figura 4 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Gil Fundo (GF), para taxa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min a partir de corpos verdes. Na Tabela I estão expostos os coeficientes de expansão térmica das curvas de queima dos gráficos das figuras 2, 3 e 4, com rampa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min, para todas as amostras. Tabela I Coeficientes dilatométrico para as amostras Ipiranga (I), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS), em primeira queima, para a taxa de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min. Amostra I GS GF Taxa de Aquecimento C/min C C C C C C Pelos gráficos de análise termomecânica (TMA) das figuras 2, 3 e 4 a transição do quartzo (α β) e a recristalização na curva de aquecimento de 10 C/min ocorre numa menor temperatura do que nas curvas de 30 C/min e de 50 C/min, para todas 5

6 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 6 as amostras. Isto se deve, provavelmente, à velocidade de aquecimento pois, num processo de aquecimento mais lento, há um tempo maior para homogeneização da temperatura da amostra e para as reações acontecerem. Assim, de um modo geral, cada amostra se revela mais reativa nas curvas de 10 C/min mostrando uma contração mais acentuada ao término da queima. Para cada taxa de aquecimento a amostra (GF) revelou ser mais fundente, seguida da amostra (I) e menos fundente a amostra (GS). A recristalização atinge o coeficiente de expansão térmica em torno de 160x10-6 /K (de retração) para a amostra GF na taxa de aquecimento de 30 C/min. A seguir são apresentados os gráficos (figuras 5, 6 e 7) das curvas dilatométricas com aquecimento de 10 C/min das amostras em primeira e segunda queima dos corpos verdes e já queimados com taxas de aquecimento de 10 C/min, 30 C/min e 50 C/min. Figura 5 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Ipiranga (I) com aquecimento de 10 C/min para corpos verdes (I-cru) e corpos após a queima com taxa de aquecimento de 10 C/min (I-Q10), 30 C/min (I-Q30) e 50 C/min (I-Q50). 6

7 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 7 Figura 6 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Gil Superfície (GS) com aquecimento de 10 C/min com os corpos verdes (GS-cru) e corpos após a queima com taxa de aquecimento de 10 C/min (GS-Q10), 30 C/min (GS-Q30) e 50 C/min (GS-Q50). Figura 7 Curvas da análise termomecânica (TMA) da amostra Gil Fundo (GF), para aquecimento de 10 C/min com os corpos verdes (GF-cru) e corpos após a queima com taxa de aquecimento de 10 C/min (GF-Q10), 30 C/min (GF-Q30) e 50 C/min (GF-Q50). 7

8 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 8 Tabela II Expansividade média para as amostras Ipiranga (I), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS), em segunda queima, para taxa de aquecimento na primeira queima de 10, 30 e 50 C/min. Amostra- Identificação Primeira Queima ( C/min) Segunda Queima ( C/min) C (%) C (%) C (%) C (%) I-cru ,64 0,55 0,02-2,40 I-Q , I-Q , I-Q , GS-cru ,70 0,55-0,22-1,78 GS-Q , GS-Q , GS-Q , GF-cru ,60 0,54-0,16-3,38 GF-Q ,33 0,14-0,09-0,54 GF-Q ,32 0,18-0,10-0,74 GF-Q ,30 0,19-0,12-1,02 A partir dos gráficos das figuras 5, 6 e 7 e tabela II observa-se que mesmo realizando a análise termomecânica (TMA) com corpos de prova após a queima, para todas as amostras, os eventos para temperaturas mais elevadas (recristalização, sinterização e formação de fase vítrea) continuam ocorrendo e quanto maior a taxa de aquecimento, na primeira queima, maior é a intensidade desses eventos na segunda queima. Observou-se que nos intervalos de temperatura de 950 C a 1200 C a segunda queima (10 C/min) apresenta uma retração em torno de 2% para corpos oriundos de uma primeira queima a 50 C/min para a amostra I, enquanto as amostras GS e GF tiveram uma retração em torno de 1%. CONCLUSÃO Para todas as amostras a transição do quartzo (α β) e a recristalização na curva de aquecimento de 10 C/min ocorre numa temperatura menor do que nas curvas de aquecimento de 30 C/min e de 50 C/min. Isto se deve, provavelmente, à velocidade de queima pois, num processo de aquecimento mais lento, há um tempo maior para homogeneização da temperatura da amostra e para as reações se completarem. Assim, de um modo geral, cada amostra se revela mais reativa nas curvas de 10 C/min mostrando uma contração total mais acentuada ao término da queima. Para primeira queima em cada taxa de aquecimento a amostra (GF) se revelou mais fundente, apresentando os maiores coeficientes de retração térmica de 8

9 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 9 recristalização e sinterização. Esses eventos somados representaram uma retração acima de 3% nas queimas de 10 C/min e 30 C/min. Para segunda queima (10 C/min) observou-se, para todas as amostras, que os eventos a temperaturas mais elevadas (recristalização, sinterização e formação de fase vítrea) continuaram ocorrendo e que quanto maior foi a taxa de aquecimento, na primeira queima, maior a intensidade desses eventos na segunda queima. Nos intervalos de temperatura de 950 C a 1200 C, ocorreu uma retração ao menos duas vezes maior para corpos oriundos de uma primeira queima a 50 C/min se comparados a primeira queima a 10 C/min, para cada amostra. Essa retração foi mais acentuada para a amostra I, chegando a 2%. REFERÊNCIAS (1) PECO, G. Análise Dilatométrica de Argilo-Minerais Cerâmica, 16 N 64 (1970) (2) SMYKATZ-KLOSS, W. - Differential Thermal Analysis-Application and Results in Mineralogy; Springer-Verlag, New York, (3) BRINDLEY G.W., Thermal Reactions of Clay and Clay Minerals, Cerâmica 24(1978) (4) SALVETTI,A.R.; BOGIANI,P.C.; GESICK,A.L. - Estudo da Ação do Intemperismo nos Folhelhos Argilosos de Rio Verde/MS; Cerâmica 275(1996) (5) G.R.DOS SANTOS, D.S.FOGAÇA, C.M.LENZ, A.R.SALVETTI; Propriedades Físicas de Corpos de Prova das Argilas do Município de Rio Verde de Mato Grosso/MS Influência da taxa de aquecimento ; Anais do 47 Congresso Brasileiro de Cerâmica, , (6) BINDLEY, G.W. and NAKAHIRA, M. - The kaolinite-mullite reaction series J.Am.Ceram.Soc. 42(1959) (7) COMEFORO,J.E.; FISCHER,R.B.; BRADLEY,W.F. - Mullitization of Kaolinite J.Am.Ceram.Soc. 31(1958) (8) SOUZA SANTOS, P. - Ciência e Tecnologia de Argilas; Edgard Blucher Ltda, São Paulo,

10 28 de junho a 1º de julho de 2004 Curitiba-PR 10 DILATOMETRIC STUDY FROM RIO VERDE - MATO GROSSO/MS CLAY MINERALS ABSTRACT Was studied dilatometric behavior on different clay minerals from Rio Verde - Mato Grosso/MS. Was determined temperatures value of specific thermal reaction with physical or chemical changes for several heats. The dilatometric behavior shows the relation between the temperatures correspondents to specific events (expansion or retraction) on the samples. This event was related to reversion transition (quartz), crystallization, sinterization and glass formation. Gil Fundo (GF) was the more reactivates sample. Key words: clay, retraction and dilatometric analysis. 10