RESUMO. Palavras chave: aditivos químicos, limite de plasticidade, massas cerâmicas vermelhas.

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1 1 INFLUÊNCIA DE ADITIVOS NA PLASTICIDADE E EXTRUDABILIDADE DE MASSAS PLÁSTICAS PARA USO NA CONFECÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS. PARTE II: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MINERALÓGICAS J. X. N. Farias 1, K. A. S. Farias 1, R. S. Macedo 2, G. A. Neves 2, H. C. Ferreira 2 Av. Aprígio Veloso, 882 Campus I Campina Grande Paraíba reginaldo@dema.ufcg.edu.br Universidade Federal de Campina Grande 1 Alunos de graduação de Eng. de Materiais 2 Departamento de Engenharia de Materiais CCT/UFCG RESUMO A indústria de cerâmica vermelha utiliza aditivos químicos para melhorar a trabalhabilidade e a extrudabilidade de massas cerâmicas. Este trabalho tem como objetivo avaliar a incorporação de aditivos em duas massas cerâmicas industriais do Estado da Paraíba para produção de blocos cerâmicos de oito furos. Para viabilizar este estudo as massas foram tratadas com dois aditivos químicos nos teores de,,5, 1, e 1,5% em peso e foram submetidas a ensaios de caracterização física e mineralógica. Os resultados indicam que as características físicas e mineralógicas são semelhantes e estão dentro de uma faixa aceitável para massas cerâmicas vermelhas, e que a incorporação de aditivos químicos contribuiu para uma redução do limite de plasticidade de até 14,14%, conseqüentemente, uma melhoria na sua extrudabilidade e redução do custo industrial. Palavras chave: aditivos químicos, limite de plasticidade, massas cerâmicas vermelhas. INTRODUÇÃO Em trabalho anterior (1) foi analisado o resultado da incorporação de cinco aditivos químicos, como auxiliar de processamento na extrusão de massas plásticas para fabricação de blocos cerâmicos. O presente artigo analisa duas amostras de massas plásticas da bacia hidrográfica do rio Paraíba, tratadas com dois aditivos

2 2 químicos, frente às características físicas e mineralógicas e, em outro trabalho (parte III) (2), trataremos das propriedades físico-mecânicas. Há na Paraíba cerca de 6 fábricas de produtos de cerâmica vermelha em atividade, distribuídas em pelo menos 3 municípios, oferecendo cerca de 3. empregos diretos. O processo de fabricação na maioria das fábricas, é simples: envolvendo uma mistura de um ou dois tipos de argila com água, passando em uma maromba com secagem natural. E a queima é feita na maioria em fornos do tipo Hoffmann usando lenha como combustível. O processo em sua totalidade, na maioria das cerâmicas não tem controle eficaz e há imensas perdas em todas as suas fases (3). E nos municípios de Santa Rita e Cruz do Espírito Santo, localizados nas margens do Rio Paraíba, há uma intensa atividade de cerâmica vermelha onde a produção está voltada sobretudo para a fabricação de blocos de vedação e elementos de laje. Nota-se que não há produção de telhas nesses municípios onde há um potencial de matérias-primas com características para a produção de telhas que são produtos que apresentam valor agregado superior aos blocos de vedação o que seria uma saída para a revitalização da indústria de cerâmica vermelha dos municípios citados. O conhecimento da plasticidade de uma massa cerâmica é de grande utilidade na etapa de moldagem de um produto cerâmico. Através de valores de índice de plasticidade, pode-se estimar a adequação da massa cerâmica com relação à conformação das peças. Determinados valores do índice de plasticidade podem indicar que uma composição é apropriada para a confecção de corpos cerâmicos por prensagem e não por extrusão, por exemplo, considerando que na extrusão são empregadas massas mais plásticas. A plasticidade de uma massa cerâmica está associada principalmente à fração argilosa que a compõe. A avaliação da plasticidade da argila é feita indiretamente através da medição de outras propriedades, para as quais vários instrumentos têm sido recomendados. Atterberg dividiu os valores da umidade que uma argila pode apresentar em limites de retração, plasticidade e liquidez, correspondentes à transição entre os estados sólido, plástico e líquido (4). Os manufaturados cerâmicos são produtos que se obtém do processamento de matérias-primas variadamente argilosas, misturadas com aditivos que em geral têm a finalidade de efetuar correções nas características químicas e mineralógicas de base, eliminando os componentes danosos e, em última análise, melhorando os

3 3 índices de trabalhabilidade da massa com referência aos produtos desejados. Os aditivos normalmente fazem a correção desejada da massa com a vantagem de facilitar a secagem e a queima, uma vez que melhora a porosidade total da massa úmida e seca adicionando-se ainda a função de ligante determinando assim, um efeito de maior agregação entre grãos de argila e dessa forma da massa como um todo (5). A caracterização de amostras representativas de argilas de uma jazida se faz necessária para garantir sua adequação e propiciar sua otimização no processamento de uma cerâmica vermelha (6). Neste sentido, este trabalho visa caracterizar as massas plásticas resultantes de misturas de argilas encontradas em duas micro-regiões da bacia hidrográfica do Rio Paraíba visando seu emprego em blocos de cerâmica vermelha, em continuidade (7) ao estudo das matérias-primas para utilização na indústria de cerâmica vermelha, fornecendo informações acerca das massas plásticas utilizadas nas fábricas de blocos cerâmicos localizadas às margens do Rio Paraíba. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar física e mineralogicamente massas plásticas industriais, determinando o limite de plasticidade em massas plásticas para cerâmica vermelha tratadas com aditivos químicos nos teores de ;,5; 1, e 1,5% em peso de massa seca. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Massas plásticas Foram coletadas duas amostras de massas plásticas para cerâmica vermelha oriundas de duas indústrias cerâmicas localizadas nos municípios de Santa Rita e Cruz do Espírito Santo no Estado da Paraíba, que denominaremos de massas industriais (amostra A e amostra B), respectivamente. As amostras foram coletadas na linha de produção de duas indústrias cerâmicas de uma micro-região do Rio Paraíba que produzem blocos cerâmicos de oito furos. Trata-se de misturas de duas argilas com diferentes comportamentos plásticos: uma plástica e uma não-plástica.

4 4 Aditivos Utilizamos dois aditivos: um ligante (amido solúvel) e outro defloculante (silicato de sódio), como produtos que melhoram as propriedades de produtos cerâmicos (8). Métodos Os ensaios de caracterização das amostras estudadas nesta pesquisa incluem: caracterização física, constituída pela análise granulométrica por tamanho de partículas por difração à laser e pelo limite de plasticidade. E a caracterização mineralógica, constituída pela análise química (A), análise térmica diferencial (ATD), análise termogravimétrica (ATG) e pela difração de raios-x (DRX). As análises granulométricas em analisador de partículas por difração à laser, foram determinadas por via úmida com material passado 1% em peneira ABNT nº. 8 (,18 mm), em aparelho marca Cilas, modelo 164 LD. A composição química das massas foi obtida pelas técnicas clássicas e instrumentais seguindo as normas do Laboratório de Análises Minerais do CCT/UFCG. O limite de plasticidade (LP) das amostras em estudo foi determinado segundo o método da NBR (9). As análises termodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG) foram obtidas através de um sistema de Análises Térmicas, modelo RB-3 da BP Engenharia, com razão de aquecimento 12ºC/min. A temperatura máxima para ATD e ATG foi de 1ºC e o padrão utilizado na ATD foi óxido de alumínio (Al 2 O 3 ), calcinado. As análises de difração de raios-x foram feitas em amostras em forma de pó e após passar em peneira ABNT nº. 2 (,74 mm), foram realizadas em equipamento modelo XRD 6 da Shimadzu, operando com radiação Cu-k-α, e 2Θ variando de 3º a 3º. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5 5 Caracterização física A Figura 1 mostra a distribuição do tamanho de partículas das massas plásticas. Observa-se que a amostra B apresenta um diâmetro médio de partículas de 16,6 µm com um maior percentual de minerais argilosos ou fração argila que a amostra A, que apresenta um diâmetro médio de partículas de 23,48 µm. Os minerais argilosos são comumente associados a partículas com diâmetro esférico equivalente < 2 µm. Neste caso a amostra A e a amostra B, apresentam fração argila de 7,86 e 1,18% em peso, respectivamente. Em relação ao teor de areia > 2 µm, as massas apresentam os seguintes percentuais 37,73% para amostra A e 26,39% para amostra B. Isto mostra que a amostra B é granulometricamente formada com predomínio de tamanho de partículas (d) associadas ao silte, 2 µm < d < 2 µm, conforme dados da literatura (1). 1 % DE MASSA ACUMULADA Argila Silte Areia A B DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (µm) Figura 1: Distribuição granulométrica por tamanho de partículas por difração à laser. A Tabela I apresenta os limites de plasticidade das massas plásticas analisadas determinados pelo método de Casagrande das amostras tratadas com aditivos químicos nos teores de ;,5; 1, e 1,5% em peso de massa seca. Analisando primeiramente as massas sem tratamento químico, nota-se que as amostras apresentam limites de plasticidade (LP) muito próximos. Observa-se que há uma pequena diferença entre os valores dos limites de plasticidades das duas amostras, o que dificulta uma análise mais detalhada e, considerando ainda, que ambas as amostras apresentam dados da fração argila, muito próximos um do outro,

6 6 portanto, fica difícil fazer uma correlação entre a análise granulométrica com a plasticidade das massas pelo pequeno número de amostras em estudo. Analisando os dados do LP das massas tratadas verifica-se que ocorreram pequenas reduções nos teores dos limites de plasticidades com a adição dos aditivos nas três frações percentuais: Nota-se que para na amostra A, o melhor resultado foi com a adição,5% para ambos os aditivos usados, o que causou uma redução de 8,78% para o amido solúvel e de 14,14% para o silicato de sódio em termos do teor de água de extrusão. Já a amostra B, a melhor fração foi 1,% para o amido solúvel com uma redução de 13,16% e a fração 1,5% para o silicato de sódio, causou uma redução de 7,89% de água de extrusão em relação às massas industriais sem o uso dos citados aditivos resultando em economia de água de extrusão. Nota-se que são valores aparentemente baixos, mas em uma linha de produção representa uma economia significativa de água. TABELA I Limites de plasticidade das massas estudadas. % DE ADITIVO POR 1 g DE MASSA SECA ADITIVO AMOSTRA A Sem Aditivos 2,5 19, AMOSTRA B,5 18,7 19,4 Amido Solúvel 1, 21,6 16,5 1,5 25,2 19,7,5 17,6 17,6 Silicato de Sódio 1, 18,3 17,8 1,5 19,9 17,5 Caracterização mineralógica A Tabela II apresenta a composição química das amostras de massas plásticas para cerâmica vermelha estudadas. TABELA II Composição química das massas plásticas estudadas. DETERMINAÇÕES (%) AMOSTRAS SiO 2 Al 2 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O PF RI* A 53,16 2,5 7,2,56 4,,92 1,31 9,3 3,8 B 53,52 23,6 6,25,56 1,6,63,88 9,53 3,16 (*) resíduo insolúvel

7 7 Observando os dados da citada tabela verifica-se que as massas industriais A e B apresentam composição química semelhante, típica de massas plásticas para cerâmica vermelha; um elevado teor de Fe 2 O 3 superior a (5%) que confere a coloração vermelha, cor natural dos blocos cerâmicos produzidos com as massas plásticas estudadas e uma perda ao fogo média de (9,28%), encaixando-se na faixa de valores da massa plástica para cerâmica vermelha da Paraíba (11). Observa-se adicionalmente, que as amostras apresentam teor de MgO superior a 1,5% em massa. O MgO pode estar associado à estrutura cristalina dos minerais micáceos, observados nos difratogramas de raios X (Fig. IV), segundo Vieira e Monteiro (1). Observando as Figuras II e III, referentes às curvas de ATD e ATG das amostras A e B, respectivamente, verifica-se que as amostras apresentam as seguintes composições mineralógicas. A amostra A, de acordo com a Figura II, apresenta as seguintes características mineralógicas: um pico endotérmico de grande intensidade a 123ºC, característico de água livre e adsorvida; uma banda exotérmica entre 123 e 5ºC, típica da presença de matéria orgânica; um pico endotérmico de média intensidade com um máximo a 55ºC, característico da presença de hidroxilas; e, um pico exotérmico, a 865ºC, de pequena intensidade, característico da nucleação de mulita. DIFERENÇA DE TEMPERATURA (ºC) ATG 865 ATD TEMPERATURA (ºC) PERDA DE MASSA (%) Figura II: Curvas simultâneas de ATD e ATG da amostra A. Analisando a curva termogravimétrica (ATG) desta amostra, verifica-se que há uma perda de massa de 3% correspondente à perda de água livre entre a

8 8 temperatura de 3 e 11ºC; perda de massa de 7%, entre 11 e 55ºC, correspondente à perda de matéria orgânica e de hidroxilas; perda de massa de 2%, entre 55 e 865ºC, oriunda da matéria orgânica na forma de grafite. A amostra B, conforme a Figura III, que apresenta um intenso pico endotérmico com um máximo a 14ºC, característico de perda de água livre, um pequeno pico endotérmico a 32ºC, provavelmente a presença de hidróxidos de alumínio; uma banda exotérmica entre 14ºC e 52,ºC, característica da presença de matéria orgânica; um pico endotérmico com um máximo a 575ºC, característico da perda de hidroxilas; e um pequeno pico exotérmico a 92ºC, característico da nucleação de mulita. DIFERENÇA DE TEMPERATURA (ºC) 3 ATG ATD TEMPERATURA (ºC) PERDA DE MASSA (%) Figura III: Curvas simultâneas de ATD e ATG da amostra B. Observando a curva ATG da amostra B, verifica-se que há uma perda de massa de 3,5%, correspondente à água livre entre as temperaturas 1 e 2ºC; perda de massa de 4% entre 2 e 5ºC, correspondente à matéria orgânica e à perda de hidroxilas; e ainda uma perda de massa de 4%, entre 5ºC e 9ºC, oriunda da matéria orgânica na forma de grafite. Uma análise conjunta dos termogramas das massas industriais evidencia que são os resultados de muitos fatores que, isolada ou simultaneamente, podem dar origem aos picos, bandas e perdas de massa. A Figura IV, a seguir, apresenta os difratogramas de raios X das massas industriais (amostras A e B) respectivamente.

9 Amostra A 3 25 Amostra B INTENSIDADE M C C M F C C M F F INTENSIDADE C C M C F F θ 2θ Figura IV: Difratogramas de raios X das massas industriais, sendo as fases presentes: C = caulinita; F = feldspato; M = mica e = quartzo. Analisando as curvas dos gráficos da citada figura, observa-se que as amostras apresentam picos semelhantes sendo os de maior intensidade os característicos do quartzo, seguidos de feldspatos, caulinita e mica. A forte presença do quartzo está associada à relação silte/areia, constatada através da análise granulométrica. Os citados difratogramas são similares aos apresentados por estudos realizados anteriormente (11) com massas industriais dessa mesma bacia hidrográfica. Trata-se de amostras de argilas quaternárias recentes, onde a caulinita mal cristalizada é o argilomineral predominante, confirmado pelos difratogramas de raios-x, apresentando, também, perda de água e matéria orgânica, fato que foi observado também por Campos (11) em estudos semelhantes com massas plásticas desse grupo no Estado da Paraíba. CONCLUSÕES Após as análises das características físicas e mineralógicas nas massas industriais utilizadas em cerâmica vermelha sem e com incorporação de aditivos químicos, pode-se concluir que: a as massas plásticas modificadas apresentaram composições granulométricas e limites de plasticidade, dentro da faixa aceitável para as massas vermelhas utilizadas na confecção de blocos cerâmicos;

10 1 b os resultados dos ensaios das características mineralógicas com as amostras analisadas são semelhantes e estão dentro da faixa de valores usuais em massas para cerâmica vermelha; c a adição de,5% de amido solúvel e de silicato de sódio na amostra A, causou uma redução de 8,78% e de 14,14%, respectivamente, no limite de plasticidade desta amostra e o uso de 1% de amido solúvel provocou uma redução de 13,16%, enquanto que a adição 1,5% de silicato de sódio na amostra B, causou uma redução 7,89% no limite de plasticidade conseqüentemente, haverá uma economia da água de plasticidade durante o processamento de blocos cerâmicos. REFERÊNCIAS 1. K. R. Barboza, R. S. Macedo, G. A. Neves, H. C. Ferreira. Anais do 48º. Congresso Brasileiro de Cerâmica, Curitiba PR., Junho de M. K. G. Pontes, V. R. G. Santos, R. S. Macedo, G. A. Neves, H. C. Ferreira. Anais do 49º. Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Pedro SP., Junho de 25. No Prelo. 3. O. O. Carvalho, J. Y. P. Leite, L. A. F. Porpino, W. A. Porpino Filho, J. C. S. Andrade. Anais do 45º. Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Paulo SP., Junho de K. A. S. Curto, R. Teixeira, V. F. Buratto, M. C. Fredel, D. Hotz. Anais do XVI Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto Alegre RS., Dezembro de Manfredini & Schianchi. Cerâmica Industrial, v. 7, nº. 6, F. B. Alves, C. M. F Vieira, S. N. Monteiro, Anais do XVI Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto Alegre RS., Dezembro de R. S. Macedo, Estudo das Matérias-Primas e Tijolos Cerâmicos Furados Produzidos no Estado da Paraíba f. Dissertação (Mestrado em Engenharia uímica), CCT/UFPB. Campina Grande PB, J. R. Salomão, Estudo da Influência de Aditivos na Plasticidade de Argilas Piroexpansíveis do Estado de São Paulo f. Dissertação (Mestrado em Engenharia uímica) - POLI/USP, São Paulo.

11 11 9. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-718: determinação do limite de plasticidade - método de ensaio. Rio de Janeiro, C. M. F. Vieira, S. N. Monteiro. Cerâmica, 5, 315, (24). 11. L. F. A Campos, Estudo da Expansão por Umidade (EPU) em Blocos Cerâmicos do Estado da Paraíba f. Dissertação (Mestrado em Engenharia uímica) - CCT/UFPB, Campina Grande. CHEMICAL ADDITIVES INFLUENCE ON PLASTIC MASSES PLASTICITY AND EXTRUDABILITY FOR STRUCTURAL CERAMIC BLOCKS. PART II: PHYSICAL AND MINERALOGICAL CHARACTERISTICS ABSTRACT The red ceramic industry uses chemical addictives to improve the extrudability of ceramic masses. This work has as objective evaluates the incorporation of addictive in two industrial ceramic masses from the Paraíba State used to produce eight holes ceramic blocks. To make possible this study the masses were treated with two chemical addictive with ;,5; 1, and 1,5% (w/w) and were submitted to physical and mineralogical characterization. The results indicate that the physical and mineralogical characteristics are similar among the analyzed masses and they are acceptable as red ceramic masses. The incorporation of chemical additives can contribute to the reduction of the plasticity limit (14,14%) and, consequently, for an extrudability improvement. Words key: chemical addictive, plasticity limit, red ceramics masses.