CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DE UM SOLO ANALISANDO AS FRAÇÕES AREIA, ARGILA E SILTE

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1 ARATERIZAÇÃO UÍMIA E MINERALÓGIA DE UM SOLO ANALISANDO AS FRAÇÕES AREIA, ARGILA E SILTE. A. A. Rocha 1 *, J. R. Ferreira 1, J. Mauri 1, J. Alexandre 1 1 Laboratório de Engenharia ivil LEIV Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - Av. Alberto Lamego, ampos dos Goytacazes RJ - EP *camila@uenf.br RESUMO A caracterização química e mineralógica dos solos é importante para determinação das suas propriedades permitindo melhor aplicação de acordo com o uso a que se destinam. Este trabalho tem por objetivo caracterizar um solo para viabilizar sua utilização na fabricação de produtos cerâmicos, analisando-o no estado natural, em frações de areia, argila e silte isoladamente. Foram feitos ensaios para a determinação do teor dos óxidos por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX) e ensaio de Difração de Raios-X (DRX). No ensaio de DRX, em termos das placas e fibras, a fração argila foi analisada em amostras orientada e desorientada, visando possíveis correções para melhorar a qualidade dos resultados. Para melhor avaliar a natureza do solo e complementar a caracterização foram determinados os limites de Atterberg e a curva granulométrica. PALAVRAS HAVE: caracterização de solos, análise química, análise mineralógica.

2 1. INTRODUÇÃO A cerâmica é um material obtido por moldagem, secagem e cozimento (ou queima) de argilas ou mistura contendo argila, sendo o material artificial mais antigo produzido pelo homem. O emprego de produtos cerâmicos é anterior à era cristã. A própria Bíblia registra o uso de tijolos de adobe na construção da Torre de Babel [1]. No Brasil, a cerâmica teve seus primórdios na Ilha de Marajó, devido à avançada cultura indígena. Estudos arqueológicos, contudo, indicam a presença de uma cerâmica mais simples que ocorreu na região amazônica por volta de anos atrás [2]. A indústria cerâmica no Brasil tem apresentado um grande desenvolvimento ao longo dos últimos anos, principalmente a cerâmica vermelha. A indústria de cerâmica vermelha brasileira é formada por aproximadamente sete mil empresas geradoras de um faturamento anual de 6 bilhões de reais e responsáveis por 400 mil empregos diretos e 1,25 milhões indiretamente. Os produtos fabricados (blocos, tijolos, telhas, tubos cerâmicos, entre outros) são considerados os que oferecem melhor durabilidade, conforto térmico e acústico e baixo custo, entre todos os participantes da cadeia produtiva da onstrução ivil [3]. Normalmente, é possível fabricar produtos de cerâmica vermelha com variadas argilas. Entretanto, é de se esperar produtos com propriedades bem diversificadas. abe ressaltar que cada região produtora deve se adequar às suas condições sociais, econômicas e tecnológicas de acordo com o que se quer produzir. Este trabalho tem como objetivo a caracterização do solo proveniente do bairro de Furnas em ampos dos Goytacazes no estado do Rio de Janeiro, visando um melhor aproveitamento de suas características na fabricação de produtos cerâmicos, como blocos ou mesmo outros produtos com maior valor agregado, como, por exemplo, telhas e revestimentos cerâmicos. 2- MATERIAIS E MÉTODOS

3 Para o solo em estudo primeiramente foi realizada a análise granulométrica que consiste de um processo que permite quantificar cada fração do solo compreendida entre diâmetros pré-fixados por norma e exprimi-las como porcentagem em relação à amostra total. O ensaio foi feito através da combinação de peneiramento com sedimentação, de acordo com a NBR DEZ/1984 [4]. O peneiramento é um processo de separação das frações do solo através de peneiras com malhas de aberturas padronizadas. A etapa de sedimentação, empregada para partículas menores que 0,074 mm, baseia-se na lei de Stokes (1850) a qual estabelece uma relação entre o diâmetro da partícula e sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e massa específica conhecidos. Foi utilizado como defloculante o hexametafosfato de sódio, que mostrou eficiência na dispersão das partículas. Amostra do solo natural foi moída em um moinho de esferas planetário da marca Fritsh Pulverisette. (Figura 2.1) A amostra foi moída por 5 minutos com velocidade de 200 rotações por minuto. A amostra foi moída com o objetivo de analisar a influencia da moagem na caracterização do solo. Figura 2.1 Moinho de esferas planetário - LEIV/T/UENF Foram calculados também os limites de consistência ou limites de Atterberg, para permitir uma análise em relação à plasticidade, propriedade importante para a produção de cerâmica. Os procedimentos de ensaio foram feitos de acordo com a NBR

4 (Determinação do Limite de Liquidez) [5] e NBR 7180/1984 (Determinação do Limite de Plasticidade) [6]. Para a determinação da composição química utilizou-se a técnica de Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX) análise em um equipamento Shimadzu EDX-700 (Figura 2.2 e 2.2), sob a condição de ajuste de vácuo de dois canais. Amostras foram analisadas na forma de pó, com o auxílio de um portaamostra. O solo foi analisado em amostras no estado natural, natural moído e em frações areia, argila e silte isoladamente. Figura 2.2 Equipamento Shimadzu EDX-700 LEIV/T/UENF Figura 2.3 Amostra a ser analizada Em relação à caracterização mineralógica, foram realizados ensaios de difração de raios X, utilizando o aparelho do modelo URD-65, SEIFERT, anodo de o, 40 kv / 30mA, com ângulo de varredura de 2θ (6,5 a 60 ) e passo de 0,02 por 2s de tempo de acumulação. Foram analisadas lâminas orientadas do solo moído e das frações silte, e amostras desorientadas e do solo natural, natural moído e das frações silte, areia e argila, para permitir comparações em termos dos resultados. 3. RESULTADOS E DISUSSÃO

5 A Tabela I e a Figura 3.1 mostram as características granulométricas do solo. Segundo Petrucci [7], a composição granulométrica mais adequada de um solo a ser empregada na indústria de cerâmica vermelha é aquela que tem teor de argila em torno de 60%, estando o restante do material dividido igualmente entre silte, areia fina e média. Observa-se que as frações de silte, areia fina e areia média, do solo em estudo, apresentam teores aproximadamente iguais, porém o percentual de argila de 48% é menor do que o recomendado por Petrucci, o que pode ser melhorado através de adições. Tabela I aracterísticas granulométricas do solo Frações Granulométricas e lassificação Unificada Pedregulho Areia Silte Argila lassificação Grosso Médio Fino Grossa Média Fina (USS) L 100 Peneira N o (USS) /4" 5/16 3/8" 1/2" 6 4 3/4" 1" 1 ½" 2" 3" 4" 5" 6" 8" 12" 16"14 20"18 30" 40" Porcentagem que passa (%) Porcentagem retida (%) ,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) 100 Figura 3.1 urva granulométrica do solo Os resultados obtidos para os limites de consistência foram os seguintes: limite de liquidez igual a 46,7%, limite de plasticidade de 26,1% e índice de plasticidade igual a 25,1%. Pelos resultados nota-se que o solo é altamente plástico, segundo JENKINS [8], IP>15 e classifica-se como argila orgânica de baixa compressibilidade segundo

6 asagrande. Pela Figura 3.2 observa-se que o solo está próximo da área ótima para processamento por extrusão. solo Figura 3.2: Prognóstico de extrusão através dos limites de Atterberg [9]. Os resultados obtidos no EDX, apresentados na Tabela II, mostram que o solo apresenta elevados teores de óxidos corantes (TiO 2 + Fe 2 O 3 ), produzindo uma cerâmica de cor laranja-amarelado. Nota-se também um elevado teor de Al 2 O 3, que tende a aumentar a refratariedade da massa e não apresenta óxidos alcalinos como o K 2 O e o Na 2 O os quais são fundamentais para fabricação de pavimentos de baixa porosidade, como revestimentos cerâmicos. Esses óxidos funcionam como fundentes e determinam à temperatura de queima da peça, quanto maior o seu teor menor temperatura de queima. Em relação às frações dos solos analisadas isoladamente (Tabelas III - IV), observa-se elevados teores de SiO 2 e Al 2 O 3 na fração argila e a predominância de SiO 2 nas demais frações. Em argilas para tijolos, o conteúdo de Al 2 O 3 pode estar compreendido entre 10 e 20%. As argilas refratárias podem apresentar conteúdos de Al 2 O 3 superiores a 20% (20-40%) [10]. Analisando os resultados do EDX das amostras do solo natural e natural moída (Tabela II e Tabela II) podemos concluir que as diferenças mostradas não são muito significativas.

7 Tabela II - omposição química do solo natural (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 SO 3 V 2 O 5 ZrO 2 ZnO 49,96 38,02 6,92 2,66 2,20 0,13 0,09 0,02 Tabela III - omposição química do solo natural moído (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 SO 3 ZrO 2 V 2 O 5 54,93 36,29 4,81 1,96 1,90 0,06 0,05 Tabela IV - omposição química do solo na fração areia (% em peso) SiO 2 TiO 2 SO 3 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 ZrO 2 V 2 O 5 92,31 3,01 2,18 1,51 0,82 0,09 0,08 Tabela V - omposição química do solo na fração silte (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 TiO 2 Fe 2 O 3 SO 3 ZrO 2 P 2 O 5 V 2 O 5 ZnO NbO 77,15 9,66 6,46 3,33 1,85 0,80 0,51 0,20 0,03 0,01 Tabela V - omposição química do solo na fração argila (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 SO 3 K 2 O V 2 O 5 ZrO 2 MnO r 2 O 3 ZnO NbO SrO 40,91 38,62 8,94 8,94 1,84 0,26 0,20 0,11 0,09 0,05 0,02 0,01 0,01 Em relação à caracterização mineralógica, pode-se fazer uma comparação entre a melhor forma de preparo das amostras em relação à orientação das placas e fibras. Os resultados das amostras orientadas são mais claros e mais definidos como pode ser observado nas Figuras 3.3, 3.5 e 3.6. A amostra no estado natural ou moído, as amostra que foi submetida à moagem mostra os picos mais definidos (Figuras 3.3 e 3.4), isto provavelmente deve-se ao fato que nas amostras em estado natural os grãos maiores encobrem os menores comprometendo o resultado dos ensaios. Pela Figura 3.3 observa-se que o SiO 2 apresenta-se como mineral quartzo que aumenta a refratariedade da argila e reduz a retração na queima. O quartzo é muito resistente aos ataques mecânicos e químicos. Para a fabricação de tijolos o seu percentual deve estar entre 45 e 55% [10].

8 Observando a composição química das frações argila e silte nota-se a presença de quartzo, caulinita e Al 2 O 3 na forma de gibsita. (a) - uartzo - aulinita (b) - uartzo - aulinita 2 θ (graus) 2 θ graus Figura 3.3 Difratogramas do solo moído desorientado (a) e solo moído orientado (b) - uartzo - aulinita 2 θ graus Figura 3.4 Difratograma do solo no estado natural

9 (a) - aulinita G - Gibsita - uartzo (b) - aulinita G - Gibsita - quartzo G G 2 θ (graus) 2 θ (graus) Figura 3.5 Difratograma da fração argila orientada (a) e desorientada (b) (a) (b) - uartzo - aulinita - uartzo G - Goethita 2 θ graus 2 θ (graus) Figura 3.6 Difratograma da fração silte orientada (a) e desorientada (b) 4 ONLUSÃO A composição química e mineralógica do solo é similar a dos solos usados na região [11, 12, e 13]. Em relação à distribuição granulométrica, caso haja deficiência de alguma fração estas podem ser corrigidas por mistura ou adição [14]. Para a fabricação de quaisquer produtos os solos devem ser moldados em corpos-de-prova e suas propriedades aferidas.

10 Em relação a analise mineralógica conclui-se que a amostragem em lâminas orientadas é mais eficiente, assim como para a análise do solo natural moído, permitindo maior clareza nos resultados de DRX. 5 - REFERÊNIAS [1] Araujo, R.. L.; Rodrigues, E. H. V.; Freitas, E. G. A. Materiais de onstrução - oleção onstruções Rurais 1. 1ª. ed. Seropédica - RJ: Editora Universidade Rural, V p. [2] História da erâmica: [3] entro erâmico do Brasil: [4] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR 7181: Solos Análise granulométrica: Método de ensaio. Rio de Janeiro, [5] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR 6459: Solos Determinação do limite de liquidez: Método de ensaio. Rio de Janeiro, [6] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR 7180: Solos Determinação do limite de plasticidade: Método de ensaio. Rio de Janeiro, [7] Petrucci, E. G. R. Materiais de construção. 11. Ed. São Paulo: Globo, [8] aputo, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações, V. 1, Livros Técnicos e ientíficos. Editora S. A [9] Marsigli, M. Dondi, M., Plasticitá delle argille italiane per laterizi e previsione del loro comportamento in foggiatura, L Industria dei Laterizi, V. 46, [10] Vieira,. M. F.; De Holanda, J. N. F.; Pinatti, D. G. Estudo de massa cerâmica vermelha; Anais do 42º ongresso Brasileiro de erâmica, Poços de aldas - MG. V. 1. p , [11] Xavier, G..; Alexandre, J.; Soares, M. P. Uso de massas cerâmicas da região de ampos dos Goytacazes para fins artesanais. Anais do 48º ongresso Brasileiro de erâmica, uritiba-pr, 2004.

11 [12] Alexandre, J.; Vieira,. M. F.; Pereira, M. L.; Monteiro, S. N.. aracterização tecnológica de argilas do Município de ardoso Moreira, RJ. Anais do 47 ongresso brasileiro de cerâmica, 2003, João Pessoa. V. 1. p [13] Alexandre, J.; Monteiro, S. N.; Vieira,. M. F. aracterísticas e propriedades tecnológicas de massas cerâmicas para telhas do Município de ampos dos Goytacazes - RJ, Brasil. ATAS DEL ONAMET/SAM-SIMPOSIO MATERIA 2002, Santiago. Universidad de hile - Facultad de iencias Físicas y matemáticas, V. 1. p [14] Saboya Jr, F.; Alexandre, J. Algoritmo para misturas combinadas de solos na confecção de massas cerâmicas vermelhas. erâmica, São Paulo, v. 45, n. 296, p , HEMIAL HARATERIZATION AND MINERALOGIAL OF A SOIL BY ANALYZING THE SAND, LAY AND SILT FRATIONS ABSTRAT The chemical and mineralogical characterization of soils is important to determinate their properties and to permit the best application according with the use. The objective of this paper is to characterize a soil to study its application in the fabrication of ceramic products analyzing it in the state natural, in the clay, silt and sand fractions. In this work were realized the following tests: chemical and mineralogical composition, particle size distribution analysis and Atterberg s limits. Keywords: characterization of soils, chemical analyze, mineralogical analyze.