ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE LAMA DE GRANITO EM CERÂMICA ESTRUTURAL.
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- Thalita Alvarenga Marinho
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1 1 ANÁLISE DA INCORPORAÇÃO DE LAMA DE GRANITO EM CERÂMICA ESTRUTURAL. Mello, Roberta Monteiro de; Guaita, João Paulo; Fajan, Silvia Fajan Av. José Odorizzi, 1555, Bairro Assunção, São Bernardo do Campo, S.P. CEP Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Escola Senai Mario Amato RESUMO Este trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade da aplicação da lama proveniente do acabamento de granito como matéria-prima em produtos de cerâmica vermelha, a fim de diminuir o impacto ambiental causado pela lama gerada em marmorarias, bem como reduzir a extração de argila utilizada em indústrias de cerâmica vermelha. A lama (coletada de uma marmoraria) e o argilito foram caracterizados através de: análise granulométrica, análise térmica diferencial e análise química por fluorescência de raios-x. Após caracterização das matériasprimas, foram confeccionados corpos de prova com teores de 0% a 40% de lama incorporada, os quais foram queimados em temperaturas de 850ºC a 1100ºC. Em seguida, foram analisados os resultados através dos seguintes ensaios: resistência mecânica, absorção de água, porosidade, massa específica aparente e retração com a intenção de comparar a amostra padrão (somente argila) com as amostras que contém lama incorporada. PALAVRAS-CHAVE: GRANITO, CERÂMICA ESTRUTURAL, RESÍDUO. INTRODUÇÂO As exportações no setor de rochas ornamentais têm aumentado quase invariavelmente na última década de acordo com Chiodi (1), mostrando que novo recorde foi batido no ano de 2004, onde a taxa de crescimento das exportções de rochas (+39,97%) foi superior ao crescimento do total das exportações brasileiras (+32,0%).
2 2 Fato interessante é que o crescimento em volume físico das exportações (+20,17%) é praticamente metade do faturamento (+39,97%), demonstrando assim, o crescimento do valor agregado dado as rochas resultante do aumento do processo de beneficiamento das rochas exportadas. O aumento da exportação e produção de rochas ornamentais traz consigo um aumento da preocupação com o impacto ambiental gerado por estas empresas, as quais geram uma lama sem um destino específico. Esta lama residual está classificada dentro do grupo de resíduos de construção e demolição os quais são destinados a aterros ou, muitas vezes são depositados de forma irregular, gerando prejuízos para as empresas e para sociedade. Esta deposição em lugares inadequados e sem autorização, têm sido relacionada com problemas cotidianos como enchentes, causadas por assoreamentos dos córregos, prejuízos às paisagens, obstrução de vias de tráfego e com a proliferação de doenças. Alguns trabalhos de incorporação do resíduo proveniente da extração e corte de rochas já foram realizados como por exemplo: Menezes et al. (2), Moura et al (3), Moreira et al (4), Xavier et al. (5), contudo não foi realizado um estudo direcionado à lama gerada através do beneficiamento e produção de produtos finais. Por este motivo, decidiu-se com este trabalho fazer um estudo desta lama, uma vez que o Estado de São Paulo é um representante muito importante do processo de beneficiamento de rochas ornamentais, fato demonstrado pelo número de marmorarias destinadas apenas a este fim (3000, sendo 1000 na capital). Além disso, optou-se pela lama gerada em uma marmoraria que trabalha basicamente com rochas silicáticas (onde se enquadram os granitos), uma vez que estas foram as que tiveram o maior aumento na exportação (+36,47% em valor e 6,19% em peso). MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização do trabalho, utilizou-se o argilito como principal matériaprima para confecção dos corpos de prova. O argilito que segundo Van Vlack (6) significa uma rocha endurecida composta apor argilominerais com estrutura em camadas, é muito utilizado na produção de Cerâmica Vermelha na região de Jundiaí (S.P.), local de extração do argilito utilizado.
3 3 O processo de cominuição do argilito foi realizado pela própria empresa que realizou a extração, chegando com uma granulometria utilizada no processo produtivo das empresas da região. A lama utilizada foi retirada de uma empresa localizada na região do ABC Paulista (Estado de São Paulo), a qual trabalha com uma produção de aproximadamente 90% de granito. Este rejeito é proveniente do acabamento de peças, deste modo foi utilizado da maneira a qual é retirado da empresa, isso até para evitar qualquer gasto com o beneficiamento do rejeito. A caracterização das amostras foi feita por determinação da análise química por fluorescência de raio-x modelo XRF-1800 Shimadzu e análise mineralógica por difração de raio-x também de marca Shimadzu. Para realização destes ensaios as amostras foram secas, desagregadas e passadas em #200, assim preparadas também para os ensaios de Análise Térmica Diferencial (ATD), sendo utilizado um aparelho com taxa de aquecimento de 10ºC/min e temperatura final de leitura de 1000 ºC. A análise granulométrica foi realizada no aparelho de difração a laser da marca Coulter, modelo LS Particle Size Analyser. Visando avaliar a trabalhabilidade do argilito, bem como da mistura argilitolama, foram determinados os limites de Atterberg, segundo as normas NBR 6459 e 7180 (7),(8), tanto da argila isoladamente, quanto das misturas argilito-lama. As misturas realizadas entre argilito e a lama foram nas proporções de: 0%, 8%, 16%, 24%, 32% e 40%. Para a realização das misturas foram utilizadas as seguintes etapas: mistura das matérias-primas e acerto de umidade em galga, passagem da mistura em laminador e descanso da massa por 48 horas e conformação dos corpos-de-prova (12cmx2cmx2cm) em extrusora. Os corpos-de-prova foram secos primeiramente ao ar livre por 48 horas, seguida de secagem em estufa Thermosolda climatizada de laboratório à temperatura de 110ºC por 24 horas e queimados em forno Combustol com atmosfera oxidante, em seis diferentes temperaturas: 850ºC, 900ºC, 950ºC, 1000ºC, 1050ºC, 1100ºC, 1050ºC e 1100ºC com velocidade de aquecimento de 40ºC/h, 2 horas de patamar e resfriamento natural durante a noite. Foram aplicados os seguintes ensaios físicos nos corpos-de-prova conformados: retração linear e tensão de ruptura a flexão à seco e queimado,
4 4 baseados na norma NBR (9), absorção d água, porosidade e Mea baseados na norma NBR 8947 (10) RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise Química: Abaixo é apresentado na tabela o resultado das análises químicas tanto do argilito, quanto da lama: Tabela I Análise Química das matérias-primas utilizadas P.F. SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO MgO Na 2 O K 2 O Lama (%) 2,86 68,01 14,99 3,67 0,54 2,28 0,73 1,65 4,82 Argila (%) 5,50 61,51 17,28 6,27 0,78 0,68 2,94 1,16 4,12 De acordo com os resultados obtidos, observamos que a lama demonstra uma tendência à composição de rochas silicáticas, uma vez que as mesmas apresentam teores altos de quartzo e feldspato, evidenciados pelos altos teores de SiO 2 e K 2 O. A composição química da lama analisada é muito parecida com a análise de granito puro assim como demonstrado por Norton (11), onde este material apresenta um teor de SiO 2 por volta de 70% e Al 2 O 3 por volta de 15%, muito semelhante com a lama analisada, assim como os outros óxidos com valores bem semelhantes. Além disso, percebe-se que a presença de rochas carbonáticas é praticamente nula, uma vez que o teor de Perda ao Fogo é demasiadamente baixo, pois de acordo com análises apresentadas pelo mesmo autor (11), uma rocha calcária apresenta normalmente teores de P.F. acima de 25%. Tão baixo quanto a Perda ao Fogo estão os teores de CaO e MgO, os quais também se apresentam em maior quantidade em rochas calcárias. O argilito, por sua vez, demonstra comportamento de uma argila fundente, uma vez que apresenta altos teores de óxidos fundentes como: Fe 2 O 3, Na 2 O e K 2 O. Índice de Plasticidade: Abaixo, no gráfico 1, evidencia-se a diminuição do índice de plasticidade das misturas feitas causada pela adição da lama. Este comportamento era previsto, uma vez que esta lama constitui-se unicamente de materiais não plásticos. Porém segundo Gibo (12), esta diminuição não afeta significativamente o
5 5 processo de extrusão, sendo que este é o processo produtivo mais utilizado em cerâmica estrutural. Índice de Plasticidade 14 13, , , , % de r esíduo Gráfico 1- Índice de plasticidade das misturas Análise granulométrica: A seguir, no gráfico 2, são expostos as análises granulométricas da lama e do argilito utilizados: gráfico 2 análise granulométrica das matérias-primas De acordo com o gráfico, têm-se dois materiais de granulometria relativamente grossas (tendo apenas cerca de 10% dos grãos menores que 2µm), principalmente do argilito, por se tratar de um material argiloso. Isso ocorre, porque do mesmo jeito que a indústria o argilito, foi também utilizado no projeto, ou seja, demonstrando como as indústrias utilizam materiais grosseiros no seu processo produtivo. Apesar da pequena diferença, o argilito demonstrou-se mais fino que a lama, a qual mesmo sem passar por nenhum processo de beneficiamento, apresentou granulometria média em torno de 15µm, sendo possível sua aplicação em cerâmica, uma vez que a média de grãos é similar ao de uma matéria-prima cerâmica não plástica. Análise Térmica: Os gráficos a seguir (3 e 4) tratam-se das análises térmicas diferenciais (ATDs) realizadas tanto no argilito, como na lama de marmoraria respectivamente:
6 6 ATD - Argilito AT D - Lama Gráfico 3 Análise Térmica do argilito Gráfico 4 Análise Térmica da lama De acordo com o gráfico 3 pode-se observar que: segundo F.H. Norton (11), o argilito apresenta um pico endotérmico de saída de água adsorvida a 200ºC, bem como a saída de hidroxilas a 600ºC representado por um pico também endotérmico. Além disso, é possível observar a formação de um pico exotérmico a 900ºC, indicando o início da nucleação da mulita. Já o gráfico 4 demonstra um pico de pequena intensidade a aproximadamente 110ºC representando a saída de água livre, picos de pequena intensidade acima de 550ºC, correspondentes às transformações de quartzo-a em quartzo-b, além de picos endotérmicos correspondentes a perda de hidroxilas à 750ºC. Esta análise térmica, em conjunto com a análise química, evidencia que não há evidências significativas da presença de mármores, uma vez que além de conter baixo teores de P.F., CaO e MgO, a mesma também não apresenta saída de carbonatos. Ensaios Físicos: Abaixo, estão os resultados dos ensaios físicos realizados nos corpos de prova:
7 7 Retração Linear 12 % de retração % 8% 16% 24% 32% 40% Temperatura (ºC) Módulo de Ruptura a Flexão (MRF) MRF (MPa) Temperatura (ºC) 0% 8% 16% 24% 32% 40% Gráfico 5 - Retração Linear Gráfico 6 - Módulo de Ruptura a Flexão De acordo com o gráfico 5, nota-se que a retração a seco (110ºC), não evidencia diferenças significativas entre os corpos de prova padrão (apenas argilito) e àqueles com a lama, independente da porcentagem introduzida. Conforme o aumento da temperatura de queima, começa haver uma diferença significativa na retração do material chegando a ter diferenças de aproximadamente 4% do material com maior quantidade de lama (40%) e o material padrão. Esta diminuição da retração se dá, pela diminuição de material argiloso em substituição de um material mais estável, com menor quantidade de perda ao Fogo. Porém, com a diminuição da retração, vem também uma diminuição da resistência mecânica (gráfico 6), tanto à seco quanto queimado, porém sendo aceitáveis os valores demonstrados pelos corpos de prova com lama.
8 8 Porosidade Aparente 30 Porosidade (%) % 8% 16% 24% 32% 40% Temperatura (ºC) 16 Absorção d água 14 % de absorção % 8% 16% 24% 32% 40% Temperatura (ºC) Gráfico 7 - Porosidade Aparente Gráfico 8 - Absorção d água Massa Específica Aparente (MEA) MEA (g/cm 3 ) 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1, Temperatura (ºC) 0% 8% 16% 24% 32% 40% Gráfico 9 - Massa Específica Aparente Os resultados da absorção d água exemplificado no gráfico 8 demonstra que os maiores resultados obtidos foram na temperatura de 850ºC, sendo valores de aproximadamente 9 a 14%, sendo o aumento proporcional com a adição de lama, contudo com o aumento de temperatura, há uma diminuição significativa da absorção, principalmente na temperatura de 1000ºC (de 0% a 2%). O critério de aceitação desta propriedade para telhas é estabelecido, por enquanto, em cada norma específica para cada tipo de telha, por exemplo, NBR 9601 (13), NBR 7172 (14) e NBR (15), estabelecendo os menores valores para telhas tipo romana (18%), com isso, qualquer um dos valores apresentados, para qualquer temperatura estaria
9 9 dentro dos valores estabelecidos por norma, bem como a porosidade aparente (gráfico 7) A aceitação dos valores de absorção d água encontrados nos corpos de prova também podem ser considerados, conforme NBR 7171 (16), a qual determina que não deve ser inferior a 8%, nem superior a 25%. Este mesmo material também pode ser considerado para fabricação de revestimentos porosos e semi-porosos, os quais apresentam respectivamente valores de 6 a 10%, e 10 a 20%, conforme norma NBR (9), sendo que a partir de 1000 ºC os corpos de prova se igualam a absorção de materiais como grês e semi-grês. Em conseqüência de uma maior porosidade, os corpos de prova diminuíram sua massa específica aparente (gráfico 9) conforme aumentou-se a concentração de lama na massa, porém sem uma diminuição muito significativa. CONCLUSÕES De acordo com os estudos realizados pôde-se concluir que os resultados obtidos foram satisfatórios no que diz respeito a esta lama proveniente basicamente de granito (como evidenciado nas análises térmicas e químicas). Mesmo atentando para o detalhe que ao se adicionar lama, as propriedades físicas vão sendo, de certa forma, prejudicadas, é fato que nenhuma delas, seja em qualquer porcentagem incorporada apresentou-se fora, ou muito próximas, de limites pré-estabelecidos por normas de produtos tais como: telhas, blocos e revestimentos. Torna-se significativamente interessante esta utilização em cerâmica vermelha, o fato da diminuição significativa do impacto ambiental, visto que este material não seria mais descartado no meio ambiente, além é claro, que a sua utilização seria imediata no processo produtivo, sem precisar de nenhum processo de beneficiamento. Com isso, pode ser determinada a viabilidade da utilização da lama proveniente do acabamento e beneficiamento de granito em indústria de cerâmica vermelha. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
10 10 1. CHIODI FILHO, Cid. Balanço das exportações brasileiras de rochas ornamentais e de revestimento em 2004 novo recorde histórico de crescimento. Anais do 1º Congresso Internacional de Rochas Ornamentais. 2. MENEZES, R.R.; NEVES, G.A. E FERREIRA, H.C. O estado da arte sobre o uso de resíduos como matérias-primas cerâmicas alternativas. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.6, n.2, p , MOURA, W.A.; GONÇALVES, J.P.; LEITE, R.S. Utilização do resíduo de corte de mármore e granito em argamassas de revestimento e confecção de lajotas para piso. Sitientibus, Feira de Santana, n.26, p.49-61, jan./jun MOREIRA, J.M.S.; FREIRE, M.N. e HOLANDA, J.N.F. Utilização do resíduo de serragem de granito proveniente do Estado do Espírito Santo em cerâmica vermelha. Cerâmica, v.49, n.312, p , out./dez XAVIER, et al. Estudo da adição de resíduos da serragem do mármore à massa de conformação de cerâmica vermelha. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica. 6. Van Vlack, L.H. (1970). Princípios de Ciências dos Materiais. Editora Edgard Blucher Ltda. São Paulo. 427p. 7. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo Determinação do Limite de Liquidez Método de Ensaio: NBR Rio de Janeiro, p. 8. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo Determinação do Limite de Plasticidade Método de Ensaio: NBR Rio de Janeiro, p. 9. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Placas Cerâmicas para revestimento Especificação e métodos de ensaio: NBR Rio de Janeiro, p. 10. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Telha Cerâmica Determinação da massa e da absorção de água Método de ensaio: NBR Rio de Janeiro, p. 11. NORTON, F. H. Introdução à Tecnologia Cerâmica. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, p. 12. SENAI DN. Determinação da umidade e plasticidade. Por Ricardo Minoru Gibo. São Paulo, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Telha Cerâmica de capa e canal Especificação: NBR Rio de Janeiro, p. 14. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Telha Cerâmica Tipo Francesa Especificação: NBR Rio de Janeiro, p.
11 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Telha Cerâmica Tipo Romana Especificação: NBR Rio de Janeiro, p. 16. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Bloco Cerâmico para alvenaria Especificação: NBR Rio de Janeiro, p. ANALYSIS OF GRANITE MUD INCORPORATION INTO STRUCTURAL CERAMIC. ABSTRACT The objective of this work is to analyse the application viability of mud resulting from granite finishing process, as raw material, into red ceramic products to reduce the environmental impact caused by the mud generated in dimension stones industries, and to reduce the extraction of clay used in red ceramic industries. The mud and the mudstone were characterized by means of granulometric analysis and X-Ray fluorescent chemical analysis. After the characterization of raw materials, test specimen were prepared with 0% and 40% of incorporated mud content; these were fired at temperatures ranging from 850ºC to 1100ºC. Subsequently, results were analysed by means of the following tests: mechanical strength, water absorption, porosity, apparent specific mass, and retraction in order to compare the standard sample (clay only) with the samples containing incorporated mud. KEY-WORDS: granite, structural ceramic, residue.
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