USO DE PÓ DE EXAUSTÃO GERADO NA INDÚSTRIA DE FUNDIÇÃO COMO MATÉRIA PRIMA PARA A INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO.

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1 USO DE PÓ DE EXAUSTÃO GERADO NA INDÚSTRIA DE FUNDIÇÃO COMO MATÉRIA PRIMA PARA A INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO. F.R. Cúnico (1), M.V.Folgueras (1), R.L.P Carnin (2), M.B.A. Bruno (2) Rua Paulo Malschitzki, s/n. Campus Universitário Prof. Avelino Marcante, Bairro Zona Industrial Norte, Joinville SC Brasil Cep: franciele.ros7@gmail.com (1) UDESC (2) Tupy S.A RESUMO O pó de exaustão em estudo é gerado no processo de moldagem em areia verde na indústria de fundição. Este material é composto predominantemente, por areia, argilominerais, carbono e metais na forma de óxidos. A indústria cerâmica já assumiu o papel de consumidor de subprodutos gerados pelas indústrias, principalmente pela existência de alguma similaridade entre a composição dos subprodutos e das matérias primas empregada no setor. Em estudo preliminar foi possível definir que o pó de exaustão em estudo apresenta-se como um material fino, com alto teor de material não plástico e presença de carbono, que podem interferir no processamento e propriedades do produto acabado. Este estudo procurou mostrar o efeito da adição deste pó de exaustão em massas cerâmicas atomizadas para desenvolvimento de revestimentos cerâmicos. Os resultados foram apresentados através da análise do efeito da temperatura de sinterização e percentual de resíduo sobre propriedades como densidade aparente, retração linear, absorção de água e porosidade aberta. Palavras Chaves: pó de exaustão, massas cerâmicas atomizadas, revestimento cerâmico. INTRODUÇÃO A indústria de fundição é reconhecidamente um dos setores industriais que vem investindo grande esforço na busca por alternativas para minimizar o impacto ambiental de seu processo produtivo. O setor investe no desenvolvimento de processos de regeneração de areias de fundição (1) e na busca de alternativas para a destinação dos resíduos gerados em sua linha produtiva. O principal desafio do setor é a redução do volume de resíduos gerados no processo de moldagem em areia a verde e fundição, com areia de machos e 1579

2 moldes, escória de fundição, pós de exaustão e vapores dos fornos (1). O resíduo de areia de fundição é o subproduto gerado em maior volume, e consequentemente tem sido alvo de um grande numero de estudos que mostraram a viabilidade de uso deste em diferentes setores (2), (3), (4), (5). As cinzas residuais, apesar de ser gerada em menor volume, também tem sido alvo de estudos que buscam por alternativas de utilização. Estas cinzas são oriundas de sistemas de exaustão e são caracterizadas por serem materiais pulverulentos, com tamanho médio de partícula reduzido (5). O pó de exaustão gerado no processo de moldagem de uma fundição, em geral é rico em sílica na forma de quartzo, tendo como componente minoritário ferro, carbono e alumínio (2). O presente trabalho propõe desenvolver um estudo no sentido de descrever o comportamento da massa cerâmica atomizada contendo resíduo de pó de exaustão como uma alternativa em revestimentos cerâmicos, por meio de análises como: difração de raios-x e fluorescência, granulometria, microscopia eletrônica de varredura e densidade. As propriedades tecnológicas foram avaliadas por meio do efeito da temperatura de sinterização e percentual de resíduo sobre propriedades como densidade aparente, retração linear, absorção de água e porosidade aberta. Além disso, foi estudada a influência da compactação nos corpos de prova. MATERIAIS E MÉTODOS Foram estudadas diferentes composições preparadas a partir de massa cerâmica atomizada (MA), com composição empregada na fabricação de revestimento cerâmico, e pó de exaustão proveniente de exaustores localizados no setor de moldagem de uma indústria de fundição de Santa Catarina Brasil. O pó de exaustão foi fornecido em dois lotes, denominado FUC 447 e FUC 448, ambos oriundos da mesma linha de produção. O pó de exaustão e a massa atomizada foram caracterizados por fluorescência (FRX) e difração de raios-x (DRX) para determinação de sua composição química e mineralógica. A densidade dos dois materiais e a curva de distribuição granulométrica foi obtida em picnômetro a gás e analisador de tamanho de partícula a laser respectivamente. 158

3 Foram preparadas seis formulações envolvendo a combinação de resíduo e massa atomizada, com percentual de resíduo de %, %, %, %, 4% e 5%, em peso. Foram conformados corpos de prova cilindricos com diâmetro de 25 mm, utilizando prensagem uniaxial e carga de,, 4 e 8 MPa. As peças foram sinterizadas a ºC e 1ºC, utilizando taxa de aquecimento de 5 o /min e tempo de permanência no patamar de 1 hora. Após tratamento térmico foram avaliadas as propriedades tecnológicas como densidade aparente DA (%), retração linear RL (%), absorção de água AA (%) e porosidade aberta PA (%). RESULTADOS E DISCUSSÕES Os difratogramas de raios-x das matérias primas, massa atomizada e pó de exaustão, foram realizados empregando o material conforme recebido (Figura 1). Os valores da perda de massa resultantes da calcinação estão apresentados na Tabela 1, que também apresenta dos dados de análise química, na forma de percentual em massa de óxidos. Fig.1: Difratograma das amostras da massa atomizada e do pó de exaustão. Em ambos os materiais predomina a presença de óxido de silício, que no pó de exaustão está presente na forma de silicato, enquanto na massa atomizada esta sílica esta presente na forma de argilomineral, quartzo e feldspatos. O óxido de silício está presente nos dois materiais na forma de silicatos, sejam argilominerais ou feldspatos. O elevado teor de ferro presente no pó de exaustão (Tabela 1) pode estar associado à presença de bentonitas e também à presença de resíduos metálicos oriundos da fundição de material ferroso. 1581

4 Tab. 1 Análise semi-quantitativa determinada via fluorescência de raios-x. (% em massa) Amostra SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 K 2 O CaO TiO 2 SO 3 MnO PF** MA 64,63 28,68 1,12 2,19 1,,7 1,33,3 17,1 FUC ,73 25,37 7,38,94 1,48,78 2,23,7 15,78 FUC ,57 26,21 8,37 1,1 1,49,78 2,47,9 15,77 A perda ao fogo para todos os materiais apresentou resultados similares sendo de 17,1 para a massa atomizada e de 15,7 para o pó de exaustão. Para a massa atomizada a perda ao fogo é definida pela perda de umidade, decomposição dos argilominerais e matéria orgânica. Para o pó de exaustão esta perda de massa é decorrente da decomposição de argilominerais e eliminação de compostos de carbono por reações de oxidação. Os dois materiais FUC447 e FUC448 possuem composição (Tabela 1) e densidade (Tabela 2), semelhante. Por sua vez apresentam dados de distribuição granulométrica diferenciados, sendo o maior diferencial a fração de particulado fino. Como os dois materiais apresentam características semelhantes, sendo o maior diferencial a fração de material fino, e sendo estes materiais oriundos da mesma linha de produção, optou-se por combiná-los na proporção em peso de 1:1. Tab. 2 Distribuição granulométrica, em µm, e densidade, em g/cm 3, do pó de exaustão e massa atomizada. Granulometria D D 5 Massa atomizada desaglomerada FUC 447 FUC 448 D 9 2,462,379 38,746 2,66 18,211 76,257 2,654 14,681 59,388 Densidade 2,681 2,211 2,18 A partir deste ponto foram preparados componentes pela combinação da massa atomizada e do resíduo composto pela mistura dos dois materiais utilizados. Comparando os valores de densidade podemos verificar que, a densidade do pó de exaustão é % menor que a densidade da massa atomizada, o que permite afirmar que a incorporação do pó de exaustão tende a reduzir, naturalmente, a densidade dos materiais conformados. Esta redução só não será efetiva se ocorrer uma melhora na eficiência de compactação. 1582

5 Na tabela 3 estão apresentados os resultados de variação da densidade aparente (DA) e densidade relativa (D R ). A densidade relativa foi obtida pela relação entre a densidade aparente e a densidade picnométrica. A variação tanto de densidade aparente como densidade relativa para os materiais sinterizados a ºC foi pequena se comparado com a variação da densidade para os materiais sinterizados a 1ºC. Para os materiais sinterizados a 1ºC foi identificado o aumento da densidade relativa nas formulações preparadas com menor teor de resíduo em sua composição, enquanto adições maiores de resíduo resultaram em redução da densidade aparente, o que está associado ao efeito de expansão que pode ser causado pela geração de voláteis durante o aquecimento. Tab. 3 Efeito do teor de resíduo empregado sobre os valores de densidade para os materiais obtidos por sinterização a 1ºC. ºC 1ºC Resíduo Carga D pic DA D R DA D R (% peso) (Mpa) (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) (%) (g/cm 3 ) (%) 8 2,681 1,618 6,35 2,219 82,77 8 2,632 1,781 67,67 2,11 76,41 8 2,584 1,725 66,76 1,793 69,39 8 2,535 1,79 67,42 1,638 64, ,487 1,686 67,79 1,119 44, ,438 1,673 68,62 1,1 45,16 A Tabela 4 apresenta os resultados de densidade aparente e densidade relativa para os materiais sinterizados a 1ºC, preparados com diferentes pressões de compactação. A diminuição da densidade relativa com o aumento da pressão de compactação confirma a relação que existe entre redução da densidade com a geração de voláteis. Para cargas de compactação maiores existe uma tendência à maior densificação a verde o que resulta em maior dificuldade para eliminação de voláteis. Tab. 4 Efeito da pressão de compactação sobre os valores de densidade para os matériais obtidos por sinterização a 1ºC. % de resíduo em peso Carga % 5% (MPa) DA (g/cm 3 ) D R (%) DA (g/cm 3 ) D R (%) 2,233 6,35 1,74 82,77 2,4 67,67 1,638 76,41 4 2,213 66,76 1,112 69,39 8 2,219 67,42 1,1 64,

6 PA (%) PA (%) RL (%) RL (%) AA (%) AA (%) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais A (Figura 2) apresenta os resultados obtidos para as propriedades tecnológicas. Quando analisado o efeito do teor de resíduo sobre estas propriedades podemos afirmar que as variações maiores foram identificadas para o material sinterizado a 1ºC. 5 5 a) b) 4 C 1 C % 5% Teor de Residuos (%) Compressao uniaxial MPa c) 5 d) 4 C 1 C 5 4 % 5% 4 5 Teor de residuo Compressao uniaxial MPa Fig. 2 Propriedades tecnológicas dos materiais sinterizados em função do teor de resíduos (a) e (c), em função da Pressão de compactação (b) e (d). Nesta temperatura percebe-se que teores de resíduo superior a % resultam em aumento da AA (%). Esta grande variação na porosidade, e absorção de água não é refletida nos valores de retração linear o que pode ser explicado pela perda de forma dos componentes. Para o material sinterizado a ºC pode ser destacado o efeito do uso do resíduo na redução da porosidade, o que esta associado a principio pelo melhor efeito de compactação resultante da mudança na distribuição granulométrica das misturas, com a introdução do resíduo. Este comportamento foi refletido também dos valores de retração linear que também diminuiu. Quando analisado o efeito da pressão de compactação, para o material sinterizado a 1ºC pode-se afirmar que a incorporação do pó de exaustão 1584

7 favorece o efeito de expansão acentuado apenas para Pressões de compactação de 4 e 8 MPa. Este efeito foi acompanhado de aumento da porosidade. Para pressão de compactação menor observa-se que quanto maior a pressão menor a retração linear o que esta associada à variação da densidade a verde dos componentes. CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostraram a viabilidade do uso de cinzas volantes provenientes de exaustores localizados no setor de moldagem de uma indústria de fundição para a obtenção de componentes cerâmicos. Neste processo deve-se controlar o teor de resíduo empregado, a pressão de compactação aplicada e a temperatura de sinterização para atingir as condições desejadas de densidade e porosidade. Os resultados mostraram que a incorporação do resíduo pode favorecer a geração de voláteis que podem resultar na formação de componentes de baixa densidade e dificuldade de controle de forma. Por outro lado controlando a pressão de compactação e a temperatura de sinterização pode-se maximizar o teor de resíduo a ser adicionado em componentes cerâmicos convencionais. REFERÊNCIAS 1. CHEGATTI, Shirlene. Aplicação de resíduos de fundição em massa asfáltica, cerâmica vermelha e fritas cerâmicas. 4. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental). Universidade Federal de Santa Catarins, UFSC/SC, Florianópolis. 2. D ELBOUX, F. A. Minimização de descarte de areias de fundição., 158p. Tese (Mestrado em engenharia de produção) - Universidade Metodista de Piracicaba, São Paulo 3. RIBEIRO, R. A. C.Desenvolvimento de novos materiais cerâmicos a partir de resíduos industriais metal-mecânicos. 8. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais). Universidade Federal do Paraná, Curitiba. 1585

8 4. SILVA, et. al. Argilas bentoniticas: conceitos, estruturas, prorpiedades, usos industriais, reservas, produção e produtores/fornecedores nacionais e internacionais. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.3.2 p ,8. 5. BIOLO, S. M. Reúso do resíduo de fundição areia verde na produção de blocos cerâmicos. 5, 162p. Tese (Mestrado em engenharia de minas, metalúrgica e de materiais) - Universidade federal do Rio Grande do Sul, UFRG-PPGEM, Porto Alegre. ABSTRACT The dust depletion being studied is generated in the process of green sand mold in the foundry industry. This material is predominately composed by sand, clay, carbon and metals in the form of oxides. The ceramic industry has already assumed the role of consumer of by-products generated by industries, mainly by the experience of some similarity between the composition of by-products and raw material employed in this sector. In a preliminary study it was possible to define that the dust from depletion appears as a thin material with a high content of non-plastic material and the presence of carbon, which can interfere with processing and properties of the final product. This study aims to show the effect of dust depletion addition in atomized clay in order to develop ceramic coating. The results were presented by the analysis of the effect of sintering temperature and the percentage of residue on properties such as apparent density, linear shrinkage, water absorption and open porosity. Key words: dust depletion, atomised mass ceramics, ceramic coating. 1586