Materiais Cerâmicos Silicatos. Conceitos Gerais

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1 Materiais Cerâmicos Silicatos Conceitos Gerais

2 Processo Cerâmica com Argilas Massas Cerâmicas : São produzidas pela mistura de diversos componentes ( Materias Primas) Minerais no estado natural ou beneficiados que podem ser divididos de acordo com o seu comportamento quando em contato com água. Matérias primas plásticas Matérias primas não plásticas (desgrasantes)

3 Preparação da massa Preparação da massa : A composição da massa depende das características do produto final e do processo de fabricação a ser utilizado. A escolha das matérias primas e a quantidade a ser adicionada de cada uma é conhecida como Formulação. E, para formular uma massa deve-se levar em consideração: A) a proporção entre materiais plásticos ( minerais argilosos principalmente) e não plásticos (quartzo, feldespato, chamota, etc) deve ser controlada; B) se a preparação é feita a úmido a mistura deve ser facilmente defloculada. C) a composição química e mineralógica deve ser tal que, favoreçam o processo de queima conferindo ao produto acabado as propriedades desejadas. (resistência mecânica, densidade...)

4 Preparação da massa O que define a cor vermelha? O principal responsável pela coloração vermelha do produto é a presença de ferro, que pode estar em diferentes formas. Seu efeito pode ser acentuado pela presença de outros óxidos como óxido de titânio, da quantidade de fase vítrea presente, e a facilidade de formação de fases cristalinas (mulita, anortita, wollastonita,...), a partir dos minerais de origem. Para produtos de queima branca, as matérias primas plásticas devem apresentar menos de 3% de ferro e as não plásticas menos de 0,5%; O custo de produção é diferente; As características do processo mudam;

5 Matérias primas PLÁSTICAS É um material de granulometria fina que apresenta comportamento plástico quando em contato com pequenas quantidades de água É de natureza e origem variável, sendo constituída por diferentes minerais Argilas NÃO PLÁSTICAS Reduz a Plasticidade Facilita a Defloculação. Aumenta a eficiência de compactação Aumenta o tamanho dos poros facilitando a secagem e a desgaseificação Reagem com os outros componentes Podem alterar a temperatura de gresificação (Sinterização) Podem aumentar a Refratáriedade Feldspato e fedspatoides Silica Carbonatos Talco

6 Matérias primas plásticas Argilas é um termo empregado como referência a um material de granulometria fina, que apresenta um comportamento plástico quando umedecido; São rochas de natureza e origem variável, sendo constituídas por diferentes minerais; Os minerais argilosos dificilmente são encontrados na forma pura. Minerais de argila Sílica livre, que na maioria das argilas é o quarzo, com granulometria superior a 10 m Carbonatos Feldspatos, principalmente alcalinos e alcalinos terrosos Micas não hidratadas como muscovita e biotita Compóstos de ferro e titânio Sais solúveis Matérias orgânicas e resíduos de ricos em carbono

7 Matérias primas - Argila Estes componentes podem ser divididos em minerais primários e secundários Primários Secundários Minerais de argila Carbonatos Sulfatos Resíduos de rochas (quarzto, feldspatos...) grãos finos alta área superficial solubilidade atacabilidade instabilidade térmica grãos grosseiros formas arredondadas menor área superficial maior resistência química estabilidade térmica menor solubilidade

8 A composição das argilas Composição química de argilas de queima branca Argila SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 P.F. 1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,8 2 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,0 3 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,5 4 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,5 5 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3 Secundários Grande perda de massa durante a queima Eliminação de gases gerados durante a decomposição Primários Não sofrem alterações apreciáveis no peso Não apresentam a eliminação de gases durante o aquecimento

9 Estruturas em camadas, onde a ordem das camadas define o tipo de argilomineral; Entre as camadas pode ser acomodados ions K +, Na + e Ca 2+ ; Entre os mais comuns estão Caolinita, Illita e Montmorilonita. Caolinita ( Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O) ou Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 Nacrita Dickita Livesita Halloysita

10 Montmorilonita Illitas Grande capacidade de absorver água Beidilita Nontronita Hectonita Saponita Grande capacidade de absorver água (>) Grande variedade Cloritas

11 REGRAS DE PAULING Pauling definiu regras que direcionam o entendimento dos princípios que regem a formação dos arranjos atômicos. (1) Um poliedro de coordenação é formado ao redor de cada cátion. A distância entre cátions e ânions será definido pela soma dos raios de ambos e o número de coordenação é dado pela relação do número de ânios por cátion Número de coordenação Relação de raios ,115-0, ,225-0, ,414-0, ,732-1, ,0-1,0

12 REGRAS DE PAULING (2) Em uma estrutura estável a força total das ligações cátion/ânion deve ser igual a carga do cátion ( Princípio da valência eletrostática). Para definir esta força de ligação a valência do cátion é dividida igualmente entre todos os ânions semelhantes que participam da ligação e o número de ligações depende exclusivamente do número de coordenação Si Carga +4 numero de coordenação 4 força de ligação = 4/4=1 Mg Carga +2 numero de coordenação 6 força de ligação = 2/6=1/3

13 REGRAS DE PAULING Para os cátions existe a exigência de que todas as cargas tem que ser iguais e para os ânions esta exigência não existe 1 1 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 O /3 1/3 1/3

14 REGRAS DE PAULING (3) A existência de vertices, lados ou faces em comum entre os ânios de diferentes poliédros depende da estabilidade do sistema, sendo que o compartilhamento de vértices é a condição com menor interferência e maior estabilidade. Este efeito é maior para cátions maiores e valencias também maiores e consequente menor número de coordenação Este efeito também é maior quando as relações de raios r/r se aproximan dos limites de estabilidade dos poliédros Compartilhando vértices

15 REGRAS DE PAULING Compartilhando lados Compartilhando faces TiO 2

16 REGRAS DE PAULING (4) Em cristais contendo mais de um cátion, aquele que apresenta maior valência e menor número de coordenação tende a não compartilhar elementos do poliedro com os outros semelhantes. (5) O número de constituintes em uma mesma estrutura tende a ser mínimo. Tudo na natureza tende a um estado de menor energia

17 As estruturas dos silicatos Si +4 r= 0,39 O -2 R=1,33 r/r= 0,39/1,33 = 0,294 NC=4 Cada silício é rodeado por 4 oxigênios, sendo que a força de ligação é igualmente dividida entre todos eles Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1 Al +3 r= 0,57 O -2 R=1,33 r/r= 0,57/1,33 = 0,428 NC=6 Cada Al é rodeado por 6 oxigênios, sendo que a força de ligação é igualmente dividida entre todos eles Força de ligação = valência/ NC = 3/6=1/2

18 As estruturas dos silicatos Mg +2 r= 0,78 O -2 R=1,33 r/r= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6 Fe +2 r= 0,83 O -2 R=1,33 r/r= 0,83/1,33 = 0,504 NC=6 Força de ligação Fe +2 = valência/ NC = 2/6=1/3 Força de ligação Mg +2 = valência/ NC = 2/6=1/3 Estabilidade da estrutura satisfazer o critério de valência 1 oxigênio precisa estar ligado a 1 Si e 2 Al ou 1 Silício e 3 Mg...

19 Ortosilicatos Silicatos em que não existe compartilhamento de de um oxigênio por dois silícios Estrutura constituida por tetraédros isolados Formula : 1 Si : +4 4 O : -8-4 SiO 4 4 Exemplo : Forsterita Mg 2 SiO 4 ou 2MgO.SiO 2 Faialita Fe 2 SiO 4

20 Pirosilicato Silicatos constituidos por dois tetraédros compartilhando um átomo de oxigênio Formula : 2 Si : +8 7 O : Si 6 2 O 7 Exemplo : Melilita Ca 2 MgSi 2 O 7 ou 2CaO.MgO.2SiO 2

21 Piroxenios ou Metasilicatos São silicatos compostos por tetraédros que compartem dois oxigênios formando uma cadeia ou formando aneis, ao compartilhar os extermos da cadeia Cadeia Formula : 1 Si : +4 3 O : -6-2 Si 2 1 O 3 Exemplo : enstatita MgSiO 3 ou MgO.SiO 2 berilo Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6

22 Piroxenios ou Metasilicatos

23 Anfibólios São silicatos compostos por tetraédros que compartem dois ou três oxigênios formando uma cadeia dupla. A estrutura pode ser vista comodois piroxênios ligados. Formula : 2 Si : +8 5 e 1/2 O : O 5,5 Si 6 Si 4 O 11 Exemplo : Tremolita (OH) 2 Ca 2 Mg 5 (Si 4 O 11 ) 2 2CaO.5MgO.8SiO 2. H 2 O Qualquer estrutura mais complexa que esta deve ter grupos hidroxilas para complementar a estrutura.

24 Anfibólios

25 Estruturas em camada São silicatos compostos por tetraédros que compartem três oxigênios formando uma rede bidimensional. Estas camadas podem ser compartilhadas com poligonos de coordenação octaédrica (6) como na caulinita ou duas camadas podem se organizar formando outras estruturas como a pirofilita. Formula : 1 Si : +4 2 e 1/2 O : -5-1 Si 1 1 O 2,5 Si 2 2 O 5 Exemplo : Caulinita (OH) 4 Al 2 (Si 2 O 5 ) Al 2 O 3.2SiO 2.H 2 O Pirofilita (OH) 2 Al 2 (Si 2 O 5 ) 2 Al 2 O 3.4SiO 2.2H 2 O

26 Estruturas em camada - representação

27 Estruturas tridimensionais São silicatos compostos por tetraédros que compartem quatro átomos de oxigênio formando uma rede tridimensional. O componente mais comum deste sistema é o quartzo, enquanto os feldspatos pertencem também a este grupo Formula : 1 Si : +4 2 O : Si 1 O 2 Exemplo : Quartzo SiO 2

28 Estruturas desordenadas Existe um certo ordenamento quando se olham os vizinhos mais próximos (tetraédros), mas não existe um ordenamento do arranjo dos tetraédros Não existe uma formula química definida

29 Resumo Nomenclatura Numero O compart. Grupo Base 1Si Ortosilicato Pirosilicato Piroxenio Anfibolio Rede (camada) Estrutura trid. Sem ordem ou (SiO 4 ) -4 (Si 2 O 7 ) -6 (SiO 3 ) -2 (Si 4 O 11 ) -6 (Si 2 O 5 ) -2 (SiO 2 ) (SiO 4 ) -4 (Si 1 O 3,5 ) -3 (SiO 3 ) -2 (SiO 11/4 ) -3/2 (Si 1 O 2,5 ) -1 (SiO 2 )

30 Tipos de silicatos I Tetraédros isolados II Grupos complexos III Estruturas em cadeias IV Estruturas em folhas ortosilicatos tetraédros duplos estruturas ciclicas piroxenios anfibólos Caulin Micas (talco, Illita, mont.) Cloritas V Estruturas tridimensionais VI Estruturas amorfas

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32 Íons associados aos silicatos Substituição isomórfica: como existem íons com raios iônicos bastante semelhantes pode ocorrer a substituição de um por outro dentro da estrutura cristalina. De uma forma geral pode-se dizer que a substituição pode ocorrer desde que os raios iônicos dos elementos envolvidos não varie em mais que 15% A diferença de carga não é critério para inviabilizar uma substituição, mas o critério de neutralidade de cargas deve ser mantido. Elementos Valência Raio Iônico r/r NC Li +1 0,78 0,586 6 Na +1 0,98 0,737 8 K +1 1,33 1, Be +2 0,34 0,255 4 Mg +2 0,78 0,586 6 Ca +2 1,06 0,797 8 Fe +2 0,83 0,624 6 Fe +3 0,67 0,504 6 Al +3 0,57 0,428 6 Si +4 0,39 0,293 4 O -2 1,32 F -1 1,33 OH ,32

33 Íons associados aos silicatos Pontos importantes da tabela -a tabela foi construída considerando íons tendo seis vizinhos -Existe grande diferença dos raios iônicos de O -2 com íons de si, al... -Existe grande semelhança do raio iônico de O -2 e grupo OH - -A estrutura de silicatos é construída com base na eficiência de empacotamento dos íons O -2 e grupos OH -

34 Estudo de caso Forsterita Mg 2 SiO 4 É um ortoclásio Pelas regras de paulin Si +4 r= 0,39 O -2 R=1,33 r/r= 0,39/1,33 = 0,294 NC=4 Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1 Mg +2 r= 0,78 O -2 R=1,33 r/r= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6 Força de ligação Mg +2 = valência/ NC = 2/6=1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/ /3 1/3 1/3

35 Estudo de caso Enstatita MgSiO 3 É um piroxênio Pelas regras de paulin OXIGENIO Si +4 r= 0,39 O -2 R=1,33 r/r= 0,39/1,33 = 0,294 Força de ligação Mg +2 = valência/ NC = 2/6=1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/ NC=4 Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1 Mg +2 r= 0,78 O -2 R=1,33 r/r= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6 1/3 1/3 1/3 SILICIO / MAG. 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3

36 Estrutura em camadas Constituidos pelo sequenciamento de camadas ordenadas em sistemas que podem ter 1, 2 ou 3 camadas O principal constituinte são as camadas de tetraédros Si- º (Si 2 O 5 ) -2. Estas camadas são intercaladas por camadas octaédricas NC=6, contendo Al e Mg

37 Estrutura em camadas Camadas contendo Al +3 tem número de coordenação 6, formando octaédros GIBSITA Al(OH) 3 Este mineral é importante também como matéria prima.

38 Estrutura em camadas Camadas contendo Mg +2 tem número de coordenação 6, formando octaédros BRUCITA Mg(OH) 3 Este mineral é importante também como matéria prima.

39 Estrutura em camadas As estruturas de brucita e gibsita, ambas tem duas camadas de hidroxilas arranjadas em empacotamento denso em torno de uma camada de cátions. A diferença é que no caso da gibsita apenas 2/3 dos espaços octaédricos são ocupados enquanto para a brucita todas os espaços estão preenchidos

40 Estrutura em camadas

41 Estrutura em camadas

42 Estrutura em camadas

43 Talco 3MgO.4SiO 2.1H 2 O Mg 3 (Si 2 O 5 ) 2 (OH) 2 Sistema composto por três camadas duas camadas de silicato e uma camada de brucita Não apresenta substituições isomórficas Estrutura simétrica baixas tensões 950 ºC decompões MgO.SiO 2 (Clinoenstatita) 1050 a 1150 reage com Al 2 O 3, SiO 2, CaO

44 O uso de talco na fabricação de revestimentos Calcita Aumentar a fundência da mistura para gres porcelanato branco; Composição química de alguns talcos

45 Silica São minerais com composição química contendo únicamente silicio como cátion (SiO 2 ). Denominado geralmente por sílica apresenta como destaque a forma mineralógica do quartzo. A silica de alta pureza é utilizada em geral na industria de vidros A sílica com maior teor de impurezas, e granulometria grosseira é utilizada predominantemente pela industria siderúrgica. Quando apresentam um certo teor de feldspato são conhecidos como areias feldspáticas. Pode ser encontrada em três formas principais: Quartzo Cristobalita Tridimita

46 870ºC 1470ºC 1710ºC Quartzo Tridimita 1-2 Cristobalita Líquido 573ºC ºC 218ºC Quartzo Tridimita 1-2 Cristobalita Reações de conversão Reações de inversão O quartzo é o mineral mais abundante, sendo encontrado em diferentes formas: Em rochas Na forma de areias quartzito A Tridimita é encontrada em rochas vulcânicas ( riolita, obsidiana e andesita) estando associada a sanidita e a cristobalita).

47 BENEFICIAMENTO O beneficamento leva em consideração a granulometria e a composição química Moagem Lavagem Flotação O uso de quartzo reduz a plasticidade diminui a retração de queima e secagem aumenta a permeabilidade e normalmente da compactabilidade diminui o tempo de secagem diminui a resistência mecânica a verde e queimado aumenta a refratariedade em geral aumenta o coeficiente de dilatação térmica Argila SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 P.F. 1 96,1 2,1 0,05 0,09 0,06 0,27 1,10 0,01 0, ,3 10,3 0,08 0,20 0,19 0,14 3,85 0,01 1,81

48 Solução sólida Explica como uma estrutura pode ser formada fora de sua condição estequiométrica. Substituição isomórfica: como existem íons com raios iônicos bastante semelhantes pode ocorrer a substituição de um por outro dentro da estrutura cristalina. De uma forma geral pode-se dizer que a substituição pode ocorrer desde que os raios iônicos dos elementos envolvidos não varie em mais que 15% A diferença de carga não é critério para inviabilizar uma substituição, mas o critério de neutralidade de cargas deve ser mantido.

49 Solução sólida (1) Solução sólida com adição ions são incluidos na estrutura ocupando espaços vazios da rede (2) Solução sólida substitucionál ions da estrutura são substituidos por outros (3) Solução sólida com omissão ou eliminação ions da estrutura são removidos Imaginemos um composto cristalino A n B m onde A é o cátion, B é o ânion e n e m são as quantidades estequiométricas de A e B. Existe um terceiro componente C que pode ser introduzido em solução nas seguintes formas Adição A n B m C x Substituição (Na n-x C x )B m ou Na(B m-x C x ) Omissão A n B m-y ou A n-y B m Em todos os casos o critério de neutralidade de carga deve ser mantido. Esta neutralidade pode ser obtida pela mudança de estado de ionização dos ions ou pela combinação de tipos de solução sólida diferentes

50 Feldspatos Tem como base a estrutura da silica (SiO 2 ) com ions Al +3 substituindo posições dos ions Si +4, sendo incluidos ions Na +, K +, Ca ++, Ba ++ em posições intersticiais para manter a neutralidade. Ortoclásio (KAlSi 3 O 8 ) 1 em cada 4 Si é substituido e 1 cátion +1 também (K) Albita (NaAlSi 3 O 8 ) 1 em cada 4 Si é substituido e 1 Cátion +1 também (Na) Anortita (CaAl 2 Si 2 O 8 ) 2 em cada 4 Si é substituido e 1 Cátio +2 também (Ca) Celsian (BaAl 2 Si 2 O 8 ) 2 em cada 4 Si é substituido e 1 Cátio +2 também (Ba) É o grupo mineralógico mais abundante, mas são poucas as fontes onde é possível o beneficiamento.

51 São divididos em três grupos: Alcalinos ( A = Na, K) (Al/Si=1/3) Plagioclásio ( A= Na, Ca) (Al/Si entre 1/3 e 1) Pesados ( A= K, Ba) (Al/Si entre 1/3 e 1) Ortoclásio Alcalinos Albita NaAl (Si 3 O 8 ) Anortita CaAl 2 (Si 2 O 8 ) Ortoclásio KAl (Si 3 O 8 ) Celsiana BaAl 2 (Si 2 O 8 ) Feldspatos cálcicos são os mais utilizados na industria cerâmica Feldspatoides apresentam estruturas similares mas com menores teores de Si Composição Média dos Feldspatos Albita Plagioclásio Anortita SiO % Al 2 O % K 2 O... 0,1-15 % Na 2 O... 0,1-11 % Outros (CaO, Fe 2 O 3 )...<0,2 %

52 BENEFICIAMENTO - Tradicional Trituração Primária Trituração Secundária Separação granulométrica Secagem Separação Magnética alta Intensidade Separação Magnética baixa Intensidade Moagem Primária Separação granulométrica Separação granulométrica Moagem secundária Clásificação granulométrica Armazenamento

53 BENEFICIAMENTO - Flotação Rejeito Pedras e raizes Rejeito Rejeito Minerais pesados Classificação de areias Areia feldspática Areia feldspática <0,5 <0,73mm Classificação grosseira Classificação intermediária Flotação minerais pesados Flotação feldspatos Reagentes Reagentes Feldspato

54 BENEFICIAMENTO - Flotação Armazenamento areia de vidro plano Armazenamento areia de fundição Secagem Silagem Secagem Silagem Armazenamento feldspato úmido Feldspato cerâmico Moagem Classificação Ensacamento

55 O uso de feldspatos Plagioclásios Na + e Ca ++ - formam solução sólida total Alcalinos Na + e K + - forma solução sólida parcial Correspondem à primeira fase líquida formada durante a queima. Facilita a fusão e aumenta a reatividade, diminuindo a temperatura de queima. O feldspato sódico é mais eficiênte Melhora a compactação e a permeabilidade das peças a verde. Diminuindo a contração de queima, e aumenta a densidade de queima, em temperaturas superiores às de fusão do feldspato.(abaixo de 1100 C) Podem gerar bolhas internas Composição química de feldspatos Feldspatos alcalinos são os mais utilizados Devem ser considerados os teores de Fe 2 O 3 Apresentam também (Litio, Calcio e Magnésio) Argila SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 Li 2 O P.F. 1 70,0 19,0 0,1 0,5 0,1 10,0 0,3 0,1 0,3 2 74,6 15,3 0,2 0,7 0,1 6,5 1,7 0,1 0,8 3 68,1 18,5 0,4 1,3 0,2 9,0 1,2 0,2 1,2 4 76,4 14,4 0,3 0,6 0,2 4,7 2,7 0,6 5 71, ,1 0,1 0,6 5,9 2,4 0,1 0,3 1,8

56 Feldspatos Feldspato sódico fundem acima de 1120 ºC formando líquido relativamente viscoso. Se o feldspato tiver Silica presente a temperatura de fusão diminui para 1065 ºC. Entre os dois forma-se um eutético em cerca de 30% de sílica e 70% de albita. Feldspato potassico funde acima de 1180 ºC formando a leucita K 2 O. Al 2 O 3. 4SiO 2 e um liquido viscoso rico em sílica. A fusão completa acontece a 1530 ºC. Entre 1180 e 1530 ºC ocorre a dissolução lenta da leucita. Se tiver sílica combinada a temperatura de fusão pode chegar a 990 ºC. No feldspato potássico (ortoclásio) tem um intervalo de formação de líquido maior e a viscosidade é maior. Feldspato calcico funde a 1553 ºC

57 Argilominerais Os argilominerais e micas são descritos como silicatos de duas camadas e silicatos de três camadas. O primeiro descreve o grupo das caulinitas e o segundo a estrutura do grupo das montmorilonitas, ilitas e micas. Caulinitas Existem três tipos de minerais no grupo das caulinitas. Muda a forma como as camadas, ou planos, se arranjam. Todos tem a mesma formula (OH) 4Al2 Si2 O5 Estrutura em duas camadas sendo uma de tetraédrica (si 2 O 5 ) e outra de gibsita Não ocorrem substituições isomórficas

58 Argilominerais -caulinita

59 Argilominerais - caulinita Al2 O 3.2SiO 2.4H2 O Al2 O 3.2SiO 2.2H 2O

60 Caulin É uma rocha branca, ou ligeiramente colorida, em geral com mais de 15% de material argilos, fundamentalmente caulinítico, derivado das alterações minerais petrográficas. São formados por partículas maiores que a de argilas. Antes do beneficiamento o teor de argilomineral não tão elevado o argilomineral predominante é a caulinita apresenta elevado teor de impurezas ( Ferro, manganes, material orgânico... Após o beneficiamento o teor de argilomineral é superior a 80%

61 BENEFICIAMENTO Em geral a matéria prima é lavada em água, podendo ser dispersa pela ação de agentes químicos. As partículas mais finas são arrastadas pela água enquanto as mais grosseiras são sedimentadas.(atualmente são utilizados novos métodos para a classificação) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 MgO CaO Na 2 O K 2 O PF Caulinita 46,59 39,50 13,96 Caulin Bruto 70,15 17,76 0,84 0,07 1,21 0,56 0,62 5,40 3,32 Caulin lavado 47,00 36,54 1,30 0,10 0,95 0,56 0,32 0,70 12,22 Fração<2 m 46,00 36,50 1,80 0,005 1,71 0,36 0,34 0,14 13,10

62 IMPUREZAS As principais impurezas encontradas no caulim beneficiado são: Quartzo Micas (aumentam o teor de K 2 O, Na 2 O, Fe 2 O 3, MgO) Montmorilonita (aumeta o teor de óxidos alcalinos terrosos e Fe 2 O 3 Feldspatos Pirita e óxidos de ferro O uso de caulim Confere coloração clara ao produto Utilizado na produção de materiais refratários Utilizam-se adições entre 5 e 20%em peso Podem diminuir o Coeficiente de dilatação

63 Argilominerais - Três camadas Os argilominerais compostos por três camadas incluem pirofilitas, montmorilonitas, ilitas e micas. A pirofilita pode ser considerada como um modelo padrão do grupo já que não apresenta solução sólida sendo composta por camadas de silicato (Si 2 O 5 ) ligadas entre si por octaédros de alumínio. Apresenta formula (OH) 2 Al 2 (Si 2 O 5 ) 2

64 Argilominerais - Pirofilita

65 Argilominerais - Montmorilonita A Montmorilonita é caracterizada por apresentar partículas extremamente finas, elevada capacidade de troca de carga e elevada capacidade de inchamento pela adsorção de água entre as camadas. Estrutura semelhante a pirofilita. Pertence ao grupo das Esmectitas Apresenta substituição de Alumínio por Magnésio e Ferro em posições de coordenação 6 A substituição é compensada pela introdução de ions Na + ou Ca ++ no intervalo entre camadas Os minerais do grupo apresentam formula geral (OH) 2 (Al,Mg,Fe) 2 (Si 2 O 5 ) 2 Os outros componentes do grupo diferem pela possibilidade de substituições predominante por por Mg +2 (saponita) ou pela possibilidade de substituição por Fe +3 (nontronita)

66 Argilominerais - Montmorilonita

67 Argilominerais -Micas As micas são apresentadas em diferentes composições, sendo a mica muscovita a que apresenta a formula KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 Um em cada quatro silícios um é substituido por alumínio e um ion potássio é adicionado para manter a neutralidade. Se a substituição for de Na + ao invés de potásio forma-se a mica Paragonita Se a substituição for de Ca ++ resulta na mica margarita. Simultaneamente ocorrem substituições nas posições octaédricas

68 Argilominerais - Illita Tem propriedades semelhantes as de montmorilonita mas não apresenta elevada capacidade de adsoção de água e apresenta estrutura intermediária entre uma montmorilonita e mica. (K,Na) x (Al,Mg,Fe) 2 (Al x Si 4-x )O 16 x=0,25 até 0,75. Existe susbstituição de Si por alumínio favorecento a ligação entre as camadas e dificulta a adsorção. Em resumo: -pirofilita não tem substituição -Montmorilonita só substituição octaédrica x<0,25 -Mica substituições octaédricas e tetraédricas x> 0,75 -Illita 0,25<x,0,75

69 Argilominerais

70 Argilominerais - Quatro camadas Neste grupo o principal componente é a clorita. Uma das camadas é formada por estruturas octaédricas de brucita com substituição de Mg ++ por Al +++, enquanto nas estruturas tetraédricas acontece a substituição de Si +4 por Al +3

71 ARGILAS Argila de queima branca É uma argila que apresenta baixos teores de óxido de ferro (< 3%) e geralmente apresentam elevado teor de caulinita. Formado em regiões ricas em feldspatos. Algumas apresentam elevado teor de illita ou montmorillonita. É frequente a presença de quartzo e é indesejada a presença de pirita, marcasita e gesso. É utilizada para a produção de: Peças decorativa Cerâmica técnica Peças sanitárias Azulejos São identificado três tipos: Ball clays Fire clays Flint clays

72 Tipos de argilas Ball Clay Argila de elevada plásticidade que apresenta coloração de queima branca São constituidas fundamentalmente por caulinita, mica e quartzo Em geral, apresentam teores de orgânicos entre 1 e 2% Fire Clay Argilas com baixo teor de óxidos e hidróxidos e ferro magnésio e alcalis, ou que suportam temperaturas superiores a 1500 o C São constituidas fundamentalmente por caulinita São pouco utilizadas na produção de revestimentos cerâmicos Flint Clay São materiais duros e compactos São constituidas por caulinita relativamente ordenada com baixo teor de ferro e fundentes São usadas na produção de chamote

73 O uso de argilas de queima branca alta plasticidade resistência a verde amplo intervalo de queima coloração branca Composição química de argilas de queima branca Argila SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 P.F. 1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,8 2 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,0 3 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,5 4 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,5 5 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3

74 Argila de queima vermelha Em geral são argilas illiticas - cauliniticas com teor de ferro superior a 3% em peso. Podem apresentar impurezas na forma de carbono, gesso, carbonatos e outros São identificado dois tipos: É utilizada para a produção de: Tijolos e telhas (ladrillos y tejas) Pisos e azulejos Refratárias Fundentes Argilas Refratárias São semelhantes às argilas de queima branca, mas com teor de ferro elevado Argilas Fundentes Argila com baixo teor de carbonato (< 5%) Argila com teor de carbonato médio (5-15%) Argila com alto teor de carbonato (> 15%)

75 O uso de argilas de queima vermelha Grande parte dos produtos cerâmicos tradicionais são produzidos com esta argila; Utiliza-se uma mistura de argilas de diferente plasticidade e diferentes teores de componentes não plásticos; O conjunto deve conferir à massa comportamento adequado na prensagem, resistência mecânica a verde, teor de fase vítrea adequado, regular a retração de queima Composição química de argilas de queima vermelha Argila SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 P.F. 1 60,2 19,2 7,69 1,79 0,84 0,35 4,95 0,85 4,6 2 57,5 21,9 7,66 0,62 1,44 0,44 3,55 1,09 6,3 3 59,4 23,0 5,98 1,24 1,19 0,24 3,41 0,62 5,6 4 54,7 20,1 6,41 2,41 2,85 0,14 4,65 0,94 7,8 5 43,7 15,0 4,84 13,2 2,50 0,26 4,48 0,56 15,0

76 Composição mineralógica de argilas vermelhas Argila Caolinita Illita Quarzo Carbonatos Feldspatos Com.Fe/TiClorita

77 Carbonatos R-CO 3-2 Carbonatos de cálcio (Calcita) e carbonatos calcicosmagnesianos (Dolominta) são os principais constituintesde rochas sedimentares. Os grupos aniônicos CO 2-3 dos carbonatos apresenta ligações fortes. Na presença de ions de hidrogênio, o radical carbonato torna-se instável e reage formando dióxido de carbono e água. 2 3 H2O CO2 2H CO As matérias primas, deste grupo, com maior qualidade são usadas na produção de vidros.

78 Os mais utilizados na industria cerâmica = calcita e dolomita Calcita Calcita 56% CaO e 44% CO 2 - podendo apresentar substituições de Mn, Mg e Fe 47,8% MgO e 52,2% CO 2 - podendo apresentar substituições de Mn, Mg e Fe Dolomita 30,4% CaO, 21,7% MgO e 47,9% CO 2 A adição de carbonatos alcalinos terrosos produz o branqueamento do produto Diminui a expansão por umidade Interfere no tipo de fase cristalina gerada durante a queima Aumentam a porosidade, pela redução do volume de fse líquida Em temperaturas elevadas resultam em perda de forma,para um intervalo de temperatura pequeno Ampliam o intervalo de queima