CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE CAULIM E GRANITO PARA USO EM MASSAS CERÂMICAS PARTE I

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1 1 CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE CAULIM E GRANITO PARA USO EM MASSAS CERÂMICAS PARTE I 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 Nos últimos anos, as indústrias de mineração principalmente as de beneficiamento de caulim e granito vem sendo citadas como fontes de poluição e/ou contaminação do meio ambiente, devido à enorme quantidade de rejeitos gerados e freqüentemente lançados diretamente nos ecossistemas. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo caracterizar os resíduos de caulim e granito, visando sua aplicação em massas cerâmicas. Os resíduos provenientes do beneficiamento do caulim e do granito foram secos em estufa a 110ºC, beneficiados e classificados em peneira ABNT n.º 200 (0,074mm). Em seguida, foram caracterizados quanto à análise química, análise térmica, análise granulométrica. Posteriormente, foram realizados ensaios de fusibilidade em composições variando nas proporções de 50-50%, 40-60%, 30-70% e 10-90% de resíduo de granito e resíduo de caulim, respectivamente. Os resultados obtidos evidenciam o uso provável destes resíduos como matérias-primas cerâmicas. Palavras-chave: resíduo de caulim, resíduo de granito, matérias-primas cerâmicas. INTRODUÇÃO Resíduo de caulim O caulim é uma argila constituída principalmente por caulinita e/ou haloisita, que queima com cores branca ou clara a 1250ºC. Dois tipos de caulim são comumente considerados para aplicações tecnológicas: os residuais e os sedimentares. É de conhecimento geral que os caulins apresentem juntamente com seu argilomineral constituinte, alguns minerais acessórios tais como o quartzo, as

2 2 micas e os minerais de ferro. O caulim como minério ou mineral industrial tem muitos usos devido à sua cor e, após a queima, baixa granulometria natural, pouca abrasividade, estabilidade química, forma específica das partículas do argilomineral constituinte, além das propriedades reológicas específicas, adequadas em diferentes meios fluidos (1). A Indústria de beneficiamento de caulim produz resíduos que dependendo da sua composição e quantidade, podem implicar em sérios danos ao meio ambiente. O resíduo obtido quando do beneficiamento do caulim, é constituído essencialmente da fração não plástica da massa(quartzo e fundentes). O resíduo geralmente possui quartzo, matéria orgânica, carbonatos e outras substâncias cujas granulometrias geralmente são mais grosseiras quando comparadas ao restante da composição. Através da passagem da suspensão a ser atomizada por uma peneira com determinada abertura, é possível realizar a separação do resíduo do restante da massa (1),(2). O processo de beneficiamento de caulins primários na planície pegmatítica da Borborema tem um rendimento de apenas 30% do total extraído da jazida, ou seja, de cada tonelada do material bruto, menos de um terço é aproveitado (1). O que diferencia o resíduo de beneficiamento do caulim dos depósitos naturais de argila caulinitica são que enquanto os depósitos naturais podem possuir quantidades elevadas de quartzo, que reduz a reatividade da pozolana em razão desse mineral ser uma fase inerte do ponto de vista pozolânico, o resíduo do beneficiamento de caulim depositado nas lagoas, além de ser extremamente fino, apresenta percentagens ínfimas de quartzo por causa do desareiamento, etapa do beneficiamento que separa o quartzo da caulinita (3), (4). Assim, o processo industrial de beneficiamento, que proporciona características especiais ao caulim, acabou também acarretando ao resíduo, de forma involuntária, qualidades excelentes para que possa vir a ser uma matéria-prima de primeira qualidade. Resíduo de granito O Brasil detém grandes reservas de pedras ornamentais de revestimento (granito e mármore) com os mais variados aspectos estéticos. As pedras naturais ornamentais são produtos que competem com os pisos e revestimentos cerâmicos. Estas pedras em forma de placas polidas, além da beleza, é necessário algumas

3 3 características importantes tais como homogeneidade, resistências química e física das pedras e da superfície polida (5). A Região Nordeste é uma área onde se concentra grande quantidade de indústrias de beneficiamento, sendo responsáveis pela liberação de centenas de toneladas de resíduo por ano no meio ambiente. Este quadro de descaso é agravado ainda mais, pelos indicativos de crescimento da produção, despertando a preocupação de ambientalistas e da comunidade em geral, em vista de um cenário ainda mais perigoso e danoso ao meio ambiente e à saúde da população (6). Para o uso destas rochas na construção civil, é necessário o seu desdobramento para obtenção de blocos e chapas brutas. Em seguida é feito um processo de polimento nas peças serradas, resultando em produtos acabados para o mercado. Este processo de desdobramento e beneficiamento gera enormes quantidades de resíduos na forma de lama. A lama obtida geralmente é constituída de pó de rochas, que corresponde a cerca de 20 a 25% do bloco beneficiado, além de outros acessórios como granalha metálica, cal e água (Moreira et al., 2004). A lama quando seca torna-se um resíduo sólido não biodegradável classificado como resíduo classe III - inerte. Entretanto, quando este resíduo não é descartado de forma correta pode alcançar rios, lagoas, córregos e até mesmo os reservatórios naturais de água, provocando problemas de assoreamento, causando danos ao meio ambiente. Além do mais, esta lama quando seca, sua poeira pode provocar danos à saúde humana, como por exemplo problemas de Silicose. Ainda, quando dispostos em depósitos em céu aberto afeta esteticamente a paisagem (6). Os resíduos de serragem de rochas ornamentais, aparentemente sem valor industrial, podem ser usados como componente importante de massas argilosas na fabricação de produtos cerâmicos para uso na construção civil. As razões para isto estão relacionadas aos seguintes aspectos principais: i) a composição químicomineralógica do resíduo; ii) a sua natureza não plástica; e iii) não causa poluição durante a fabricação e uso dos novos produtos cerâmicos (5),(6). Assim, o presente trabalho tem como objetivo caracterizar os resíduos de caulim e granito, visando sua aplicação como matérias-primas cerâmicas nãoplásticas.

4 4 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. Resíduos de granito. Proveniente da Empresa FUGI S.A Mármores e Granitos, Alça Sudoeste, S/N, Distrito Industrial do Ligeiro, Campina Grande-PB. Métodos 1. 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 200 (0,074mm), acondicionados em sacos plásticos, e etiquetados de forma a permitir sua identificação. 2. Ensaios de caracterização As matérias-primas classificadas em peneira ABNT N.º 200 (0,074 mm), foram caracterizadas quanto à composição química, análise térmica diferencial e termogravimétrica, análise granulométrica e ensaios de fusibilidade Análise química O ensaio de análise química foi realizado através do Equipamento EDX-900 da marca Shimadzu, pelo método de Espectrofotômetria Fluorescente de Raio-X Análises térmicas Os ensaios de análise térmica diferencial e termogravimétrica foram realizados através de um sistema de Análises Térmicas Modelo RB-3000 da BP Engenharia, com razão de aquecimento 12,0 o C/min e temperatura máxima 1000 o C e o padrão utilizado na ATD foi óxido de alumínio(al 2 O 3 ) calcinado; 2.3. Análise granulométrica A análise granulométrica foi realizada através do equipamento CILAS 1064

5 5 Liquido, onde o líquido usado foi a água e não foi usado nenhum agente dispersante Ensaios de fusibilidade Os ensaios de fusibilidade foram realizados com as composições dos resíduos, pelo método do cone com temperatura de sinterização de 1150º, 1200ºC e 1250ºC, durante um período de duas horas. O ensaio do cone consiste em formar com um molde apropriado um corpo de prova de forma cônica, com dimensões de 35,7mm de altura e 35,0mm de base. O material foi passado em peneira ABNT N.º 200(0,074mm), e sofrerá alterações pela sinterização, tais como: deformações (inchamento, achatamento), textura, cor, pigmentações, formação de bolhas, etc.). Tradicionalmente, fazem-se observações para verificar se a extremidade do cone é pontiaguda ou achatada, e se a textura é brilhante ou mate. Este ensaio tem uma importância fundamental na composição de massas cerâmicas, pois é possível determinar a fluidez ou as características do estado vítreo de um fundente. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análises químicas A Tabela I apresenta a composição química das matérias-primas estudadas. Tabela I 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 granito Resíduo 56, ,00 6,14 0, de caulim 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 em torno de 13% e teor de ferro em torno de 6% respectivamente, mostrando que seu uso cerâmico conduzirão provavelmente após sinterização a colorações avermelhadas. Enquanto que o resíduo de caulim

6 6 apresentou cerca de 36% de alumina e 1% de ferro, conduzindo provavelmente seu uso após sinterização a cerâmicas de base branca. Análises térmicas A Figura 1 apresenta as curvas de análise térmica diferencial das matériasprimas utilizadas. Resíduo de Granito Resíduo de Caulim Temperatura (ºC) Figura 1 Análises termodiferenciais das matérias-primas utilizadas. Analisando as curvas de ATD da Figura 1, verifica-se o resíduo de caulim apresentou um pico endotérmico de média intensidade a aproximadamente 600ºC, caracterizando a reação de desidroxilação, e um pico exotérmico de média intensidade a aproximadamente 950ºC, correspondente a nucleação da mulita. O resíduo de granito apresentou um pico endotérmico de pequena intensidade a aproximadamente 110ºC, correspondente a presença de água livre; pico endotérmico de pequena intensidade a aproximadamente 556ºC, correspondente à transformação do quartzo alfa em quartzo beta; pico endotérmico de pequena intensidade correspondente perda de hidroxilas da mica a 740ºC; um pico endotérmico de pequena intensidade a 780ºC, correspondente a recristalização da mica; e um pico endotérmico de pequena intensidade a aproximadamente 820ºC, referente à presença do carbonato de cálcio. A Figura 2 apresenta as análises térmicas gravimétricas das matérias-primas estudadas.

7 resíduo de caulim resíduo de granito Perda de massa (%) Temperatura (ºC) Figura 2 - Análises termogravimétricas das matérias-primas estudadas. Analisando a Figura 2, verifica-se que o resíduo de caulim apresentou uma perda de massa total de aproximadamente 18%, referente a perda de hidroxilas. O resíduo de granito apresentou uma perda de massa total de aproximadamente 6%, referente a perda de água livre, perda de hidroxilas, perda da mica e decomposição do carbonato de cálcio. Análises Granulométricas A Figura 3 apresenta a curvas de análise granulométrica das massas estudadas. RESÍDUO DE GRANITO RESÍDUO DE CAULIM Figura 3 Distribuição de tamanho de partículas das matérias-primas estudadas. Analisando as curvas da Figura 3, verifica-se que o resíduo de granito

8 8 apresentou um peso de partículas de diâmetro equivalente abaixo de 10 µm de 58%. O resíduo de caulim apresentou um peso de partículas de diâmetro equivalente abaixo de 10 µm de 24%. Observa-se que o resíduo de granito se encontra dentro da faixa de valores de matérias-primas não-plásticas, entre 50% e 70% determinada por Neves (7) para serem utilizadas em cerâmica vermelha. O resíduo de granito apresentou uma massa acumulada de aproximadamente 65% para um diâmetro médio de 12,41 µm, e o resíduo de caulim apresentou uma massa acumulada de aproximadamente 54% para um diâmetro médio de 38,62 µm. Comparando com os valores de matérias-primas não-plásticas determinada por Macedo (8) e Vieira et al. (9), entre 40 e 70%, todas se encontram dentro da faixa de valores especificada. Ensaios de fusibilidade A Tabela III apresenta a composição das massas estudadas contendo resíduo de caulim e granito para o realização dos ensaios de fusibilidade. Tabela III Composição das massas estudadas. Amostras Composição (% em peso) Resíduo de caulim Resíduo de granito C C C C A Tabela IV, V e VI e a Figura 3 apresentam os resultados dos ensaios de fusibilidade das composições incorporadas com resíduo de caulim e resíduo de granito a 1150ºC, 1200ºC e 1250ºC, respectivamente.

9 9 Tabela IV Ensaio de fusibilidade após queima de 1150ºC. Amostras C1 C2 C3 Cor, aspecto de textura Rosado, superfície áspera Rosado claro, superfície áspera Rosado esbranquiçad o, superfície áspera Porosidade Fusibilidade Retração alta baixa 1,55 alta baixa 1,22 alta baixa 1,35 Tabela V Ensaio de fusibilidade após queima de 1200ºC. Amostras C1 C2 C3 Cor, aspecto de textura Marrom escuro, superfície áspera Marrom, superfície áspera cinza, superfície áspera Porosidade Fusibilidade Retração média média 2,44 média média 2,08 alta baixa 1,91 Tabela VI Ensaio de fusibilidade após queima de 1250ºC. Amostras C1 C2 C3 C4 Cor, aspecto de textura Marrom, superfície lisa com formação de bolhas Cinza, superfície lisa Cinza claro, superfície lisa Branco, superfície lisa Porosidade Fusibilidade Retração baixa alta 2,54 baixa alta 2,83 baixa alta 2,52 baixa alta 2,50 Analisando as composições estudadas, observa-se que houve variação brusca de cor nas três temperaturas usadas, mostrando que a sinterização melhorou e a

10 10 porosidade foi diminuída com o aumento da temperatura de queima. Verifica-se que as composições queimadas na temperatura de 1150ºC, apresentaram cores rosadas com superfície áspera e alta porosidade. As composições C1 e C2 à 1200ºC, apresentaram cor marrom, com superfície áspera e média porosidade. Entretanto, a composição C3 apresentou cor cinza, superfície áspera e alta porosidade. A composição C1 à temperatura de 1250ºC, apresentou cor marrom, superfície lisa com formação de bolhas e baixa porosidade. Este fato pode estar relacionado com o elevado teor de ferro existente na amostra, ocasionando em formação de bolhas na sinterização. As composições C2 e C3 apresentaram cor cinza e superfície lisa com baixa porosidade, e a composição C4 apresentou uma grande mudança na cor uma vez que foi retirado um grande teor de ferro, conduzindo a cor branca, superfície lisa e baixa porosidade. Desse modo, observa-se que com a diminuição do resíduo de granito obtevese cores claras, certificando a provável aplicação em cerâmica branca a temperaturas elevadas, principalmente a 1250ºC. Figura 3 Ensaio de fusibilidade das composições contendo resíduos de caulim e granito. CONCLUSÃO A partir dos resultados obtidos com a caracterização dos resíduos de caulim e granito, verifica-se que ambos apresentaram características adequadas para serem

11 11 utilizados em massas cerâmicas. Em relação a sinterização, pode-se concluir que as composições estudadas contendo os dois tipos de resíduos apresentaram uma sinterização elevada para temperatura de 1250ºC, podendo ser utilizada em cerâmica de base branca, para proporção de 30-70% e 10-90% de resíduo de granito e de resíduo de caulim, respectivamente. As composições 60-40% e 50-50% de resíduo de caulim e de granito, respectivamente, apresentaram características adequadas para uso em cerâmica de base vermelha. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao projeto PIBIC/CNPq e a FAPESQ PB 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. LIMA, F. T., GOMES, J., LIRA, H. L., NEVES, G. A. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis SC, 2001, p SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de argilas. 3ed. São Paulo. Volume I. Edgar Blucher LTDA, BARATA, M.S., DAL MOLIN, D.C.C., Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído, Janeiro./Março, 2002,Porto Alegre,, Vol. 2,N.º 1, p RAMALHO, M. A.F., FERREIRA, H. C., NEVES, G. DE A., SANTANA, L. N. de L.. Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica, João Pessoa PB, MOREIRA, J. M. S., FREIRE, M. N. e HOLANDA, J. N. F. Cerâmica, out./dez. 2003, vol.49, no.312, p ISSN MENEZES, R. R., FERREIRA, H. S., NEVES, G. de A.. Cerâmica, abr./jun. 2002, vol.48, no.306, p ISSN NEVES, G. A. Reciclagem de resíduos da serragem de granitos para uso como matéria-prima cerâmica. Campina Grande-PB, 2002, 242p. Tese de Doutorado, Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba.

12 12 8. 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. 9. VIEIRA, C. M.F., HOLANDA, J. N. F., PINATTI, D. G. Cerâmica, v.46, n. 297, p CHARACTERIZATION OF RESIDUES OF KAOLIN AND GRANITE FOR USE IN CERAMIC MASSES - PART I ABSTRACT In the last years, the industries of mining mainly of improvement of kaolin and the granite come being cited as sources of pollution and/or contamination of the environment, due to enormous amount of residue generated and frequently launched directly in ecosystems. Being thus, the present work has as objective to characterize the residues of kaolin and granite, being aimed at its application in ceramic masses. The residues proceeding from the improvement of kaolin and the granite had been dry in greenhouse 110ºC, benefited and classified in bolter ABNT n. º 200 (0,074mm). After that, they had been characterized how much to the chemical analysis, thermal analysis, grain sized analysis and diffraction of rays-x. Later, assays of fusibility in compositions had been carried through varying in the ratios of 50-50%, 40-60% and 30-70% of residue of kaolin and granite residue, respectively. The gotten results evidence the probable use of these residues as ceramic raw materials. Word-key: residue of kaolin, granite residue, ceramic raw materials.