CARACTERIZAÇÃO E DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DE MASSAS ARGILOSAS PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO. Lêda de Azevedo Racanelli

Transcrição

1 CARACTERIZAÇÃO E DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DE MASSAS ARGILOSAS PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO Lêda de Azevedo Racanelli Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos Mestrado Profissional, PPGEP/ITEC, da Universidade Federal do Pará, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia de Processos. Orientadores: Verônica Scarpini Cândido José Antônio da Silva Souza Belém Dezembro de 2017

2 CARACTERIZAÇÃO E DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DE MASSAS ARGILOSAS PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO Lêda de Azevedo Racanelli DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA PROCESSOS MESTRADO PROFISSIONAL (PPGEP/ITEC) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA DE PROCESSOS. Examinada por: Profª. Verônica Scarpini Candido, D.Sc. (PPGEP/ITEC/FEMAT/UFPA - Orientadora) Prof. José Antônio da Silva Souza, D.Eng. (PPGEP/ITEC/UFPA - Coorientador) Prof. Edilson Marques Magalhães, D.Sc. (PPGEP/ITEC/UFPA - Membro) BELÉM, PA - BRASIL DEZEMBRO DE 2017

3 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Sistemas de Biblioteca da UFPA Racanelli, Lêda de Azevedo, Caracterização e determinação das propriedades tecnológicas de massas argilosas para fabricação de blocos de vedação/ Lêda de Azevedo Racanelli Orientador: Verônica Scarpini Cândido; Coorientador: José Antônio da Silva Souza. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Pará. Instituto de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Belém, Argila- indústria 2. Cerâmica (tecnologia) 3. Análise química 4. Argila- Pará I. Título CDD 23.ed

4 iv A tragédia não é quando um homem morre. A tragédia é o que morre dentro de um homem quando ele ainda está vivo Albert Schweitzer.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus pela Sua infinita misericórdia e bondade para comigo. Professora Verônica Scarpini Cândido e professor José Antônio da Silva Souza, deixo expresso aqui meu muito obrigada pela paciência e ajuda para composição deste trabalho. Agradeço a empresa pelo apoio e pela licença cedida ao meu estudo. Agradeço também aos meus excelentíssimos professores: João Nazareno Nonato Quaresma, Emanuel Negrão Macêdo, Edilson Marquês Magalhães, Raimunda Figueiredo da Silva Maia, Edinaldo José de Sousa Cunha, Clauderino da Silva Batista, Kleber Bittencourt Oliveira e Sil Franciley dos Santos. Obrigada pelos ensinamentos que culminaram também para finalização do meu estudo. Obrigada Adauto Correa, Isabela Cristina e William Ribeiro pela amizade e companheirismo. Amo muito vocês! Aos amigos Augusto Fernando, Bruno Viegas, Carlos Junior, Dilson Nazareno, Inaldo Silva, Joel Martins, Rômulo Arthur e Victor Ferreira. Muito obrigada pela ajuda nos experimentos. Obrigada professor Josiel Lobato Ferreira por toda ajuda a mim dispensada. Desejo-te todo sucesso. A todos que ajudaram direta ou indiretamente para o desenvolvimento deste trabalho. MUITO OBRIGADA! E por último, porém não menos importante, gostaria de agradecer à minha família por todo amor e carinho, saibam que depois do Senhor Jesus, vocês são TUDO em minha vida. OBRIGADA! v

6 Dissertação apresentada ao PPGEP/UFPA como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Processos (M.Eng.) CARACTERIZAÇÃO E DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DE MASSAS ARGILOSAS PARA FABRICAÇÃO DE BLOCOS DE VEDAÇÃO Lêda de Azevedo Racanelli Dezembro/2017 Orientadores: Verônica Scarpini Cândido José Antônio da Silva Souza Área de Concentração: Engenharia de Processos Este trabalho tem como objetivo caracterizar e estudar o comportamento tecnológico de dois tipos de argilas oriundas do município de São Miguel do Guamá a partir de formulação argilosa. Foram testadas formulações compostas pela mistura de argila forte e fraca e outras composições sem mistura. As matérias-primas foram submetidas a ensaios de DRX, EDX, MO, MEV e peneiramento e sedimentação. Os corpos de prova foram prensados uniaxialmente em matriz retangular metálica. As propriedades físicas e tecnológicas determinadas foram: Absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, retração linear de queima e resistência à flexão em três pontos. A microestrutura das cerâmicas foi avaliada por MO, MEV e DRX. Os resultados indicaram que as argilas possuem características favoráveis para produção de blocos de vedação, porém a melhor composição ficou com a mistura de 70% de argila fraca mais 30% de argila forte. vi

7 Abstract of Dissertation presented to PPGEP/UFPA as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master in Process Engineering (M.Eng.) CHARACTERIZATION AND DETERMINATION OF THE TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF ARGYLUS MASS FOR THE MANUFACTURE OF SEALING BLOCKS Lêda de Azevedo Racanelli December/2017 Advisors: Verônica Scarpini Cândido José Antônio da Silva Souza Research Area: Process Engineering This work aims to characterize and study the technological behavior of two types of clays from the municipality of São Miguel do Guamá. Formulations composed of the mixture of strong and weak clay and other compositions without mixing were tested. The raw materials were submitted to XRD, EDX, MO, MEV and sieving and sedimentation tests. The specimens were pressed uniaxially into the metal rectangle matrix. The physical and technological properties determined were: Water absorption, apparent porosity, apparent specific mass, linear retraction of burn and resistance to flexion in three points. The microstructure of the ceramics was evaluated by OM, MEV and XRD. The results indicated that the clays have favorable characteristics for the production of sealing blocks, but the best composition was the mixture of 70% of weak clay plus 30% of strong clay. vii

8 SUMÁRIO CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO... 3 CAPÍTULO 2 - REVISÃO DA LITERATURA MATERIAIS CERÂMICOS Argilas Constituição das argilas Argila Plástica Argila Não-Plástica Materiais que contribuem no processo de sinterização das argilas Estudos tecnológicos com argilas para fabricação de cerâmica vermelha PROCESSAMENTO DE CERÂMICA VERMELHA Preparação das matérias-primas A INDÚSTRIA DE CERÂMICA VERMELHA NO BRASIL A indústria de cerâmica vermelha no estado do Pará Estudo com as argilas de São Miguel do Guamá CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS UTILIZADOS METODOLOGIAS EMPREGADAS Beneficiamento das matérias-primas Caracterização das matérias-primas Análise química Difração de raios X Distribuição de tamanho de partícula Preparação das massas argilosas Plasticidade Conformação dos corpos de prova Secagem dos materiais Sinterização e ensaios dos materiais Determinação das propriedades dos materiais cerâmicos viii

9 Avaliação microestrutural Microscopia Ótica (MO) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Difração de raios-x CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS Caracterização mineralógica Caracterização química Caracterização física PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS Plasticidade Absorção de água Porosidade aparente Massa Específica Aparente (MEA) Retração linear de queima Resistência à flexão MICROESTRUTURA DAS CERÂMICAS QUEIMADAS Microscopia Ótica (MO) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Difração de raios-x CAPÍTULO 5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A - DIFRATOMETRIA DE RAIO X DAS COMPOSIÇÕES SINTERIZADAS A.1 - Composição: Argila Fraca (AFR100) A.2 - Composição: 50% de Argila Forte mais 50% de Argila Fraca (AFO50AFR50) A.3 - Composição: 30% de Argila Forte mais 70% de Argila Fraca APÊNDICE B - PESQUISA DE OBSERVAÇÃO DIRETA APÊNDICE C ENSAIOS MECÂNICOS ix

10 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 (A) Para materiais de qualidade com dificuldade de produção; (B) Para telhas e capas; (C) Para tijolos furados e (D) para tijolos maciços Figura 2.2 Absorção de água na faixa de variação I de massa específica das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) Figura 2.3 Absorção de água na faixa de variação II de massa específica das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) Figura 2.4 Retração diametral de queima das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação I de massa específica 16 Figura 2.5 Retração diametral de queima das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação II de massa específica Figura 2.6 Resistência à compressão uniaxial das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950, 1050ºC) na faixa de variação I de massa específica Figura 2.7 Resistência à compressão uniaxial das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação II de massa específica Figura 2.8 Etapas do processo de fabricação de cerâmica vermelha Figura 2.9 Representação da evolução da secagem do sistema argila-água Figura 2.10 Formação da área de contato Figura 2.11 Diminuição do volume dos poros Figura 2.12 Formação da porosidade fechada Figura 2.13 Produção nacional de cerâmica vermelha por região Figura 2.14 Histórico da produção de cerâmica vermelha no Brasil a partir de 2001 (em bilhões de peças) Figura 2.15 Reservas de argilas no Brasil Figura 2.16 Produção de cerâmica vermelha por estado em 2011 (milhões de peças) Figura 2.17 Previsão de produção de cerâmica vermelha (em bilhões de peças) Figura 2.18 Previsão da produção de argila para cerâmica vermelha (em milhões de toneladas) Figura 2.19 Mapa de São Miguel do Guamá x

11 Figura 3.1 Matéria-prima depositada nos galpões da empresa. (a) Argila Forte, (b) Argila Fraca Figura 3.2 Etapas do processo experimental do trabalho Figura 3.3 Moinho de bolas utilizado para homogeneizar a massa argilosa Figura 3.4 Prensa hidráulica (a) e matriz de aço (b) Figura 3.5 Alguns cps após o processo de queima Figura 3.6 Apresentação de como é realizado o ensaio de flexão Figura 4.1 Difratograma de raios X da Argila Forte. C = caulinita; Q = quartzo; Mu = mica muscovita; A= anatásio Figura 4.2 Difratograma de raios X da Argila Fraca. C = caulinita; Q = quartzo; Mu = mica muscovita; A = Anatásio Figura 4.3 Curva de distribuição de tamanho de partículas das argilas Figura 4.4 Absorção de água das cerâmicas nas temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) Figura 4.5 Porosidade das cerâmicas Figura 4.6 Massa Específica Aparente (MEA) Figura 4.7 Retração linear pós queima das peças Figura 4.8 Resistência à flexão em três pontos Figura 4.9 Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 850ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30AFR70. Aumento: 100x Figura 4.10 Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 950ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30AFR70. Aumento: 100x Figura 4.11 Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 1050ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30%AFR70. Aumento: 100x Figura 4.12 Micrografias de MEV da formulação AFO100 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c) Figura 4.13 Micrografias de MEV da formulação AFR100 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c) Figura 4.14 Micrografias de MEV da formulação AFO50AFR50 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c) Figura 4.15 Micrografias de MEV da formulação AFO30AFR70 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c) Figura 4.16 Difratograma de raios X da composição Argila Forte queimada a 850ºC. 71 xi

12 Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita... Figura 4.17 Difratograma de raios X da composição Argila Forte queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura 4.18 Difratograma de raios X da composição Argila Forte queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.1 Difratograma de raios X da composição Argila Fraca queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.2 Difratograma de raios X da composição Argila Fraca queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.3 Difratograma de raios-x da composição Argila Fraca queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = Mulita Figura A.4 Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.5 Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.6 Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = Mulita Figura A.7 Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.8 Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita Figura A.9 Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = Mulita Figura B.1 Estoque da matéria-prima em galpão próprio Figura B.2 Caixão alimentador Figura B.3 Processo de mistura da massa cerâmica Figura B.4 Equipamento de laminação Figura B.5 Equipamento de extrusão Figura B.6 Processos: (a) Esteira e (b) Secador Artificial Figura B.7 Forno tipo Paulistinha Figura C Ensaios mecânicos xii

13 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Composição granulométrica dos produtos de cerâmica vermelha Tabela 2.2 Composição química da argila do município. (2011) Tabela 2.3 Granulometria das amostras de argila do município de São Miguel do Guamá Tabela 2.4 Composição mineralógica das amostras de argila do município de São Miguel do Guamá Tabela 3.1 Composição em peso das matérias-primas utilizadas Tabela 4.1 Composição química das matérias-primas estudadas (% em peso) Tabela 4.2 Limites de Atterberg das amostras xiii

14 NOMENCLATURA AA ANICER ABNT CPS DNPM IBGE INT MEA MME MEV MO PA SEBRAE SINDICER AFR AFO ABSORÇÃO DE ÁGUA ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA CERÂMICA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS CORPOS DE PROVAS DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA MASSA ESPECÍFICA APARENTE MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA MICROSCOPIA ÓTICA POROSIDADE APARENTE SERVIÇO DE APOIO ÀS MICRO E PEQUENAS EMPRESAS SINDICATO DA INDÚSTRIA DA CERÂMICA VERMELHA ARGILA FRACA ARGILA FORTE Letras gregas L MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA TENSÃO DE RUPTURA A FLEXÃO xiv

15 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS A indústria da cerâmica vermelha é uma das mais antigas e mesmo assim, os produtos cerâmicos vermelhos têm os seus processos produtivos com pouco investimento tecnológico, baixo valor agregado e custos energéticos e ambientais elevados (MAIA, 2012). Dados da Associação Nacional da Indústria Cerâmica, registram que no ano de 2010 foram registradas cerca de empresas entre cerâmicas e olarias, gerando aproximadamente 300 mil empregos diretos e 900 mil indiretos, com um faturamento anual de R$ 18 bilhões e uma representatividade em torno de 4,8% da construção civil. Este segmento de cerâmica vermelha encontra-se distribuído em todo território brasileiro (PRADO e BRESSIANI, 2013). O município de São Miguel do Guamá, localizado na Região Nordeste do estado do Pará, é considerado o maior pólo industrial de cerâmica vermelha do estado. Atualmente, estima-se que existam aproximadamente 49 olarias, sendo que 34 fazem parte do Sindicato e, juntas, conseguem gerar cerca de 3 mil empregos diretos. Este setor é considerado a principal atividade econômica municipal, que garante boa parte do abastecimento de tijolos e telhas em toda a região nordeste do Estado (SINDICER, 2012). No que diz respeito à variedade de peças, a produção na região é voltada para fabricação de tijolos, um produto de baixo valor agregado. E em menor escala a produção de telhas atinge, aproximadamente 9 milhões por mês (SEDEME, 2012). A comercialização deste produto é consumida dentro do estado do Pará e uma pequena parte é distribuída ao estado do Maranhão (LOBO et al., 2013). No entanto, é importante ressaltar que a fabricação desses produtos advém, pelo menos em sua maioria, do conhecimento empírico utilizado pelos ceramistas. CORDOVIL (2010) ao estudar as cerâmicas de São Miguel do Guamá verificou que nenhuma empresa apresentou pessoas qualificadas para realizar o controle das misturas argilosas. Argilas do município são constantemente exploradas para a fabricação de cerâmica vermelha (SEBRAE, 2008). E são classificadas, geralmente, com teor de areia. Por exemplo, as argilas mais arenosas são denominadas de argilas fracas ou magras 1

16 e as argilas menos arenosas são denominadas de argilas fortes ou gordas (VIEIRA, 2011). Quanto à cor, pode-se também correlacionar as argilas de coloração amarela, ricas em compostos de ferro, como sendo argila do tipo fraca e as de coloração amarela-acinzentada ou cinza, como sendo argila forte. Embora a cidade seja uma referência no segmento de cerâmica vermelha, ainda há poucos trabalhos que atendam o estudo das argilas utilizadas pelas empresas locais. Sendo assim, podem-se citar pesquisas como a de LIMA (2000) intitulada Estudo Geoeconômico e Tecnológico das Argilas Utilizadas na Indústria Cerâmica dos Municípios de São Miguel do Guamá e Irituia, Nordeste do Estado do Pará que disserta sobre as características do material utilizado nessa região. O trabalho de BETINI (2007) intitulado de Inovação na Tecnologia de Produtos de Cerâmica Vermelha com Uso de Chamote em São Miguel do Guamá e o de MACÊDO (2011) Comportamento de Blocos Cerâmicos Estruturais Produzidos a Partir da Mistura de Lama Vermelha e Argila também relatam sobre as características das argilas do município bem como os resultados do tema proposto. Em outras pesquisas realizadas, como por exemplo: MENDES (2008); LIMA (2014); ROCHA (2013) e CORDOVIL (2010); verificou-se que nenhum destes trabalhos trata do estudo da formulação de massa argilosa de São Miguel do Guamá, e sim de temas diversos a respeito do potencial ceramista da cidade. Se tratando da incorporação de resíduos em massas argilosas oriundas de São Miguel do Guamá, encontram-se alguns trabalhos. Entretanto, poucos trabalhos são observados somente com a formulação de massa argilosa dessa região. Pouco se vê na literatura dados sobre a caracterização dessas argilas assim como seus respectivos testes tecnológicos. Portanto, este trabalho justifica-se, pois pretende estudar o comportamento tecnológico dessas cerâmicas vermelhas a partir de formulação argilosa. Além disso, o estudo dessa formulação argilosa permite a fabricação de peças cerâmicas de melhor qualidade como também contribui para melhoria no processo produtivo. Mais especificamente, objetiva-se: - Realizar a caracterização física e química das argilas; - Estudar a formulação das massas argilosas; - Avaliar o efeito da mistura na plasticidade da massa argilosa; - Determinar as propriedades tecnológicas das cerâmicas queimadas; 2

17 - Avaliar a influência da temperatura de queima nas propriedades tecnológicas e na microestrutura das cerâmicas queimadas; - Correlacionar a microestrutura das cerâmicas queimadas com as propriedades físicas e mecânicas obtidas ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO O trabalho está dividido em 6 capítulos, onde: Capítulo 1: Introdução Motivação e objetivos do trabalho; Capítulo 2: Revisão Bibliográfica revisão da literatura sobre cerâmica vermelha e reformulação de massa argilosa como fator de melhoria na qualidade do material; Capítulo 3: Materiais e Métodos utilizados durante o desenvolvimento da pesquisa; Capítulo 4: Resultados e Discussões; Capítulo 5: Conclusões e sugestões para trabalhos futuros. 3

18 CAPÍTULO 2 REVISÃO DA LITERATURA SOBRE A INDÚSTRIA CERÂMICA VERMELHA E FORMULAÇÃO ARGILOSA MATERIAIS CERÂMICOS A palavra cerâmica advém do termo em grego Keramicos, que significa matéria-prima queimada, mostrando que suas propriedades são atingidas através de um processo térmico de alta temperatura (CALLISTER, 2016). SMITH (1998) complementa que os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, não-metálicos, composto por elementos metálicos e não-metálicos, e que são ligados quimicamente entre si fundamentalmente por ligações iônicas e/ou covalentes. SILVA (2000) faz uma consideração sobre os materiais cerâmicos e afirma que, de uma maneira geral, eles apresentam uma elevada resistência ao calor, tem uma considerável resistência a oxidação e ataque químico, elevada resistência a deformação plástica e alta rigidez mecânica, além de normalmente serem bons isolantes térmicos e elétricos. Os materiais cerâmicos são divididos em dois grupos, os cerâmicos tradicionais e os cerâmicos técnicos ou de engenharia. Os tradicionais são obtidos a partir de três componentes básicos, a argila, a sílica e o feldspato. São exemplos de aplicação deste grupo de materiais as telhas, tijolos, a porcelana, louça sanitária e moldações cerâmicas. Já os cerâmicos técnicos ou de engenharia são geralmente formados por compostos puros, ou quase puros, tal como o óxido de alumínio (alumina - Al 2 O 3 ), óxido de zircónio (zircônia - ZrO 2 ), o carboneto de silício (SiC) e o nitreto de silício (Si 3 N 4 ) (BURKE, 1996; BARSOUM, 2003, VLACK, 1973). Tomando como alguns exemplos, pode-se citar a utilização de zircônia em facas, o carboneto de silício em anilhas e ferramentas, e a alumina em painéis de fornos, parafusos e invólucros cilíndricos de lâmpadas de alta intensidade (BARSOUM, 2003). 4

19 2.1.1 Argilas As argilas fazem parte dos chamados minerais industriais formadas pelo grupo dos silicatos e que devido a sua grande diversidade e a presença de numerosos tipos de minerais é a matéria-prima mais utilizada pela indústria de cerâmica vermelha (ANDRADE, 2009). No ano de 1920, WENTWORTH (1920) desenvolveu um método de análise mecânica de sedimentos e nele estabeleceu que o nome argila fosse atribuído aos sedimentos nos quais a granulometria fosse inferior a 0,004mm. No trabalho de SOUZA (1975), o termo argila é usado para designar uma rocha com faixa granulométrica abaixo de dois micrômetros. Outros autores (ZIMBACK, 2003; ALMEIDA, 2004; MACHADO, 2005; BRANCO, 2007), classificam a argila como sedimentos com granulometria inferiores a 0,002mm. Segundo a ABNT (NBR 6502/95), as argilas são compostas por partículas de diâmetro inferior a 0,002mm, que apresentam certa plasticidade quando úmidas e, quando secas, formam torrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. São formadas basicamente de: argilominerais, de composição variável; sílica livre, que na maioria das vezes é o quartzo cristalino, com tamanho de partícula superior a 10µm; carbonatos, com tamanho de partícula bem fina; feldspato, representado pelos alcalinos e alcalinos-terrosos; micas não hidratadas, como a muscovita e biotita; compostos de ferro e titânio; sais solúveis; matéria orgânica e resíduos carbonáticos. Aproximadamente 75% da crosta terrestre é composta de sílica (SiO 2 ) e alumina (Al 2 O 3 ), sendo o feldspato o mineral mais abundante (aproximadamente 59,5%). Fato esse que justifica a grande quantidade de argila encontrada, já que este material é proveniente da decomposição de rochas ricas em aluminossilicatos, principalmente o feldspato, tais como: granitos, pegmatitos e outros (PEÇANHA, 2006). Esta decomposição ocorre pela ação mecânica da água, ventos, geleiras e movimentos terrestres, associada à ação química da água, do dióxido de carbono e mais raramente dos gases de enxofre, flúor, auxiliados por elevadas temperaturas (SANTOS et al., 1999). As argilas possuem minerais argilosos de grande interesse tecnológico, sendo os principais a caulinita, ilita, e montmorilonita (SANTOS, 1989). Ainda segundo SANTOS (1989), a caulinita advém de rochas ígneas básicas e ácidas com ausência de cálcio. Apresenta um empilhamento regular de uma folha de 5

20 tetraedros de sílica (SiO 4 ) e de octaedro de hidróxido de alumínio (Al 2 (OH) 6 ), empilhamento 1:1. Sua utilização como único componente de massa para confecção de produtos da indústria de cerâmica vermelha não é adequado, devido ao seu comportamento refratário durante a queima das peças. Normalmente possuem pouca plasticidade, maior tendência de formar mulita e maior velocidade de secagem da peça. Quanto ao comportamento térmico da caulinita, quando se atinge entre C ela perde água estrutural, formando metacaulinita de acordo com a Equação 2.1. Al O.2SiO.2H O Al O.2SiO +2H O (2.1) Com aproximadamente 980 C, a metacaulinita se decompõe em uma fase conhecida como espinélio de SiO 2 - Al 2 O 3 ou mulita cúbica. A caulinita se forma em meio ácido com teores de alumínio elevado e baixos teores de álcalis (K 2 O; Na 2 O; CaO) (ABAJO, 2000). Possui baixa capacidade de adsorção de água, isto a torna pouco plástica quando comparada aos argilominerais do grupo da montmorilonita e ilita. Se tratando da ilita, este argilomineral provém de rochas ígneas básicas e ácidas com presença de magnésio e/ou cálcio. Também denominada de minerais micáceos ou mica hidratada, apresenta uma estrutura cristalina semelhante à da montmorilonita, a diferença existe na substituição maior do alumínio por silício (SANTOS, 1989). Como consequência desta substituição, as camadas estruturais são rigidamente ligadas e não se expandem (DUTRA, 2007). As argilas ilíticas possuem uma quantidade relativa de fundentes superior as cauliníticas, provocando a formação mais intensa de fase líquida a menores temperaturas. Os percentuais de K 2 O e Na 2 O estão por volta de 5%, enquanto que na caulinita não chegam a 1% (PEÇANHA, 2006). A montmorilonita ou esmectita é um argilomineral considerado expansivo por absorver grande quantidade de água, sendo assim, distribuídas em quantidades controladas, é benéfica para as argilas, pois favorecem em plasticidade, fusibilidade e sinterização do material (SANTOS, 1989). 6

21 Constituição das argilas SÁNCHEZ et al. (1997) afirma que as argilas são constituídas basicamente por óxidos, dentre eles destaca-se: - Sílica (SiO 2 ): Provém tanto do mineral argiloso quanto do quartzo livre e de outros aluminossilicatos. O quartzo possui grande resistência mecânica e química, dureza sete na escala Mohs e é refratário. Na temperatura de 573 C apresenta dilatação volumétrica durante o aquecimento, que é reversível durante o resfriamento. Quando o quartzo se apresenta em granulometria relativamente grossa, durante o aquecimento, ao se expandir mais que a argila, irá alterar a textura da peça e provocar redução da resistência mecânica devido à propagação de trincas. O quartzo aumenta a refratariedade da argila e diminui sua retração de queima. Um aumento na quantidade de sílica pode provocar um eventual aumento de quartzo livre e consequentemente: diminuição de resistência mecânica a seco; aumento da permeabilidade da peça seca, acelerando a secagem; redução na contração de queima, devido ao aumento da refratariedade e expansão do quartzo; melhoria na resistência ao impacto. Quanto menor a quantidade de sílica, maior será sua plasticidade. - Alumina (Al 2 O 3 ): Segundo composto de maior abundância na argila, ficando atrás apenas da sílica. A concentração de alumina em uma argila é um indicador da quantidade de minerais argilosos e plasticidade. Durante a sinterização, a alumina em combinação com a sílica dá lugar a formação de mulita, composto cristalino em forma de agulhas, que aumenta a resistência mecânica da peça. - Óxido de Ferro (Fe 2 O 3 ): É um dos responsáveis pela coloração avermelhada das peças. Argilas livres de óxido de ferro, quando queimadas, dão uma coloração clara ao produto final. Já com 1% de óxido de ferro a argila se encontra amarelada e intensifica a cor com teores mais elevados. O óxido férrico, forma mais estável, é o principal responsável pela cor avermelhada das peças. Sinterizações abaixo de 1050 C, o óxido férrico encontra-se na forma de hematita (Fe 2 O 3 ), acima desta temperatura transforma-se em magnetita (Fe 3 O 4 ). - Dióxido de Titânio (TiO 2 ): Assim como o óxido de ferro, o dióxido de titânio ajuda na coloração amarelada da argila. Encontra-se na argila em percentuais de 0,1 a 0,4%, normalmente na forma de rutilo. 7

22 - Óxido de Cálcio e Magnésio (MgO e CaO): Atuam como modificadores de fundência, porém prejudicam a tonalidade final do produto. Encontram-se nas argilas como carbonato de cálcio e carbonato de magnésio, sendo mais abundante na forma de carbonato de cálcio. - Óxido de Sódio e Potássio (álcalis livre): Encontra-se na faixa de 0,5%, enquanto o óxido de potássio entre 1,5 e 4%. Atuam como fundentes. Em argilas cauliníticas, onde os percentuais destes óxidos somados não chegam a 1%, a temperatura de queima varia entre 1100 C e 1200 C. Enquanto que, com argilas ilíticas os percentuais superam 5% e as temperaturas variam entre 825 C e 850 C. Estes óxidos começam a vitrificar a temperaturas relativamente baixas (700 C), formando vidros mais viscosos. A vitrificação prossegue gradualmente com o aumento da temperatura, acompanhada de uma retração proporcional. É de suma importância ressaltar que a vitrificação não está unicamente relacionada com fundentes, mas também com a granulometria das argilas. Altos percentuais de fundentes associados a uma granulometria fina aumentam a velocidade de vitrificação da peça. - Perda ao Fogo - PF: Indica a perda de massa em consequência da decomposição de carbonatos, combustão de substâncias orgânicas e sulfatos, decomposição de hidróxidos, perda de água adsorvida, perda de grupos hidroxilas do retículo cristalino dos minerais argilosos. Uma PF entre 6 e 12% pode ser considerada normal, abaixo de 5% indica percentuais relativamente altos de inertes, principalmente como quartzo (SANTOS, 1989). As argilas utilizadas na composição de massa para fabricação de cerâmica vermelha podem ser agrupadas em dois grupos: argilas plásticas e não-plásticas (MOTTA, 2001). Abaixo segue uma breve descrição do que seria uma argila considerada plástica e não-plástica Argila plástica Plasticidade de uma argila é a propriedade que se manifesta na mudança de forma sem rotura de uma massa feita com argila e água por aplicação de uma força exterior e pela retenção da forma quando a força é removida ou reduzida abaixo de um 8

23 certo valor, correspondente à chamada tensão de cedência (MEIRA, 2001). O termo trabalhabilidade usa-se também, por vezes, como sinônimo de plasticidade (RIBEIRO et al., 2003). Segundo SANTOS (1989) matéria-prima desse tipo é responsável por conferir certas características à peça cerâmica durante a etapa de conformação, como, por exemplo, trabalhabilidade da massa. Contudo, sua presença requer uma maior quantidade de água para conformação, levando a um maior tempo na etapa de secagem. Já no processo térmico, a matéria-prima plástica confere ao corpo estrutura e coloração. Vale ressaltar que uma argila muito plástica provoca dificuldade na conformação das peças, ou seja, passa a necessitar de adição de algumas matérias-primas não-plásticas Argila não-plástica Atuam como materiais que colaboram para desplastificar o material quando misturados com materiais que apresentam uma granulometria muito mais fina. Segundo PRACIDELLI (1997), o diagrama de Winkler colabora para melhorar o entendimento da composição granulométrica das massas cerâmicas. Ainda explica que o produto cerâmico, tijolos ou telhas, por exemplo, não pode ser somente constituído de argilas plásticas porque pode acabar por apresentar dificuldades durante todo o processamento de fabricação. A solução seria fazer uma composição granulométrica adequada, isto é, controlando a dosagem dos grãos finos, médios e grossos, e a ferramenta sugerida para este estudo é o Diagrama de Winkler. A Figura 2.1 mostra onde estão situados os tipos de produtos de cerâmica vermelha. 9

24 Figura (A) Para materiais de qualidade com dificuldade de produção; (B) Para telhas e capas; (C) Para tijolos furados e (D) Para tijolos maciços. Fonte: PRACIDELLI (1997). diagrama. E a Tabela 2.1 mostra as composições granulométricas de acordo com o Tabela Composição granulométrica dos produtos de cerâmica vermelha. Tipos de produtos Composição granulométrica (%) < 2μm 2 a 20 μm > 20 μm A. Materiais de qualidade com dificuldade de produção 40 a a a 30 B. Telhas, capas 30 a a a 40 C. Tijolos furados 20 a a a 50 D. Tijolos maciços 15 a a a 55 Fonte: PRACIDELLI (1997). Portanto, através dessa granulometria das partículas, pode-se verificar para qual tipo de material é pertinente a massa argilosa, bem como definir se é uma argila plástica ou não-plástica. Sendo que este último atua nas fases de conformação e secagem das peças, diminuindo a retração e favorecendo também na secagem. E por seu importante papel na fase de queima, os materiais não-plásticos são ainda qualificados de inertes, vitrificantes e fundentes (MOTTA et al., 2004). 10

25 Materiais que contribuem no processo de queima das argilas Alguns materiais contribuem para o processo de queima das argilas favorecendo a formação de fase líquida, entre eles destacam-se os inertes e fundentes. Inertes: Os materiais inertes são materiais que não reagem as temperaturas de queima das peças cerâmicas e esses possuem importância no processo produtivo, pois tendem a evitar retrações excessivas na secagem e na queima das massas cerâmicas argilosas (SILVA, 2014). A areia, por exemplo, comumente encontrada junto as argilas, mas também em outras fontes por conta de sua abundância na natureza, é normalmente introduzida em massas cerâmicas devido ser constituída principalmente pelo quartzo (SiO 2 ) (SILVA, 2014). O quartzo, principal material inerte utilizado na indústria cerâmica, possui propriedades fundamentais para os padrões exigidos por peças cerâmicas. E dentre os materiais não-plásticos, pode-se dizer que os inertes possuem papel complementar com os fundentes, pois a mistura de ambos possibilita transformações na massa plástica garantindo o formato e todas as características da peça. Além disso, desempenham papel importante durante o ciclo térmico como fornecedores de óxidos responsáveis pela formação de fases vítreas e cristalinas, ou ainda como materiais inertes constituindo o esqueleto da massa cerâmica e diminuindo a retração de queima (CONSERVA, 2012). Segundo PEÇANHA (2006) é válido ressaltar que, quando não se tem o controle da quantidade de matéria-prima não-plástica utilizada para fabricação de peças cerâmicas, algumas desvantagens começam a se tornar perceptíveis, como por exemplo: - Gastos com equipamentos de homogeneização para introduzir o desplastificante à massa e outros; - Retração de resfriamento no forno e fissuras capilares com o emprego de desplastificantes silicosos; - Redução da resistência mecânica, tanto a seco quanto a queima, devido a grande descontinuidade provocada na cadeia dos elementos ligante. Fundentes: Os Feldspatos, também conhecidos como materiais fundentes, são materiais não-plásticos, que possuem papel relevante na indústria cerâmica. Materiais fundentes são responsáveis por aumentar a capacidade de resistência mecânica dos materiais cerâmicos. Eles são compostos por minerais capazes de diminuir a temperatura de formação de fase líquida durante a queima, com isso 11

26 diminuem a porosidade das peças cerâmicas, minimizando assim a absorção de água. Na natureza podem ser classificados como feldspato potássico, feldspato sódico e feldspato cálcico (SILVA, 2005). Sendo assim, pode-se dizer que a capacidade de aumentar a resistência deve-se, em parte, pela redução da absorção de água no processo produtivo (SILVA, 2005). Além do processamento industrial e das características do produto final, os aspectos econômicos são fundamentais na seleção de matéria-prima de um dado produto cerâmico. A utilização de fundentes vem sendo cada vez mais intensificada na indústria cerâmica, em função da grande redução dos custos energéticos proporcionados (LENGLER, 2006) Estudos tecnológicos com argilas para fabricação de cerâmica vermelha Com a crescente expansão dos produtos cerâmicos no mercado, há uma necessidade constante de inovação tecnológica dentro das indústrias visando sempre melhorar a qualidade desses materiais e a eficiência nos processos produtivos. Em vista disso, observa-se a grande quantidade de estudos já realizados com esta matéria-prima, bem como investimentos tecnológicos dentro das empresas. DONDI et al. (1997) estudou sobre a reciclagem de resíduos industriais e urbanos para produção de tijolos, e através disso verificou que, pela composição variada das massas argilosas e de sua plasticidade era possível, a incorporação de vários tipos de resíduos. Estudos dessas incorporações se tornam importantes porque a grande produção de resíduos arremete em dois aspectos. Primeiramente pela questão social, pois algumas indústrias podem lançá-los nos recursos hídricos ou dispô-los, ilegalmente, em aterros ou em locais inapropriados. E segundo, inerente ao setor industrial, têm-se o comprometimento de espaços úteis, pois esses resíduos são acumulados nos pátios das próprias fábricas (SILVA, 2000). Os autores recomendaram ainda a seguinte classificação quanto aos resíduos incorporados às massas cerâmicas: redutores de plasticidade e plastificantes; fundentes; resíduos combustíveis e cinzas volantes. Porém, em uma revisão mais atualizada VIEIRA e MONTEIRO (2009) propuseram a seguinte classificação: - Resíduos combustíveis: São aqueles que devido a elevada concentração de matéria orgânica, apresentam um alto poder calorífico. São exemplos os resíduos 12

27 da indústria de papel, resíduos derivados da extração e refino de petróleo, e lama de alto forno; - Resíduos fundentes: São aqueles que apresentam uma quantidade relativamente alta de metais alcalinos e alcalinos terrosos (K 2 O e Na 2 O). Os autores incluem resíduo de serragem de rochas ornamentais, vidro e cinzas. - Resíduos que afetam as propriedades cerâmicas: São aqueles que interferem na resistência mecânica, absorção de água e retração linear das peças. São exemplos de resíduos que afetam as propriedades cerâmicas o chamote, resíduos de mineração, lodo de estação de tratamento de água e cinzas. Todos os trabalhos com incorporação são comprovados sua eficiência ou não através de testes exigidos pelas normas. Por exemplo, o trabalho de NANDI et al. (2014) feito com vidro reciclado de lâmpadas, demonstrou ser uma alternativa utilizável pelas empresas já que adição à massa cerâmica, para fabricação de tijolos, contribuiu para redução da umidade e retração linear de secagem. E em relação às propriedades tecnológicas depois da queima, a adição do resíduo de lâmpada contribuiu para o aumento da resistência mecânica e para redução dos valores de absorção de água e retração linear. Sobre a utilização de resíduo em argilas, CANDIDO (2012) também realizou um estudo experimental no intuito de avaliar a influência da incorporação do argilito, uma rocha de origem sedimentar, e do chamote, proveniente da queima de blocos de vedação em baixas temperaturas, no processamento, propriedades e microestrutura de massa argilosa visando à fabricação de adoquim. Os resultados mecânicos foram analisados em duas faixas de variação de massas específicas, isto é, de 1,99 a 2,05 g/cm³ para massa específica I, e para a massa específica II de 2,18 a 2,23g/cm³. A Figura 2.2 mostrou que na variação I de massa específica, na temperatura de 850ºC, com a adição de 50% em peso de argilito (M50A), o resultado demonstrou uma queda da absorção de água em relação à massa argilosa. E quando adicionou 5% de chamote (45M50A5CH) a absorção aumentou, sem, entretanto, alcançar o valor correspondente ao da cerâmica de massa argilosa. Aumentando a adição de 10% de chamote (40M50A10CH) não foi observada variação significativa em relação à massa M50A. Já em relação a massa M (argila sem mistura), houve uma discreta redução desse parâmetro. 13

28 A 950ºC, com a adição de argilito à massa, os resultados mostraram que a absorção de água apresentou uma leve queda em relação à massa argilosa. Ainda, quando se adicionou 5% e 10% de chamote, não foi observada diferença significativa para este parâmetro em relação a composição M50A e a composição M. Os resultados dos testes mostraram a similaridade nos valores de absorção à 950ºC indica que nessa temperatura praticamente não ocorre variação significativa da porosidade da cerâmica para diferentes composições. Na temperatura de 1050ºC, com a adição de argilito houve redução de 5,2% da absorção de água em relação à massa argilosa. Quando se adicionou 5 e 10% de chamote, a absorção de água teve uma pequena queda que está associada aos processos de sinterização. A 1050ºC as argilas apresentam uma brusca redução de porosidade devido aos processos de vitrificação (MONTEIRO e VIEIRA, 2004). Figura Absorção de água na faixa de variação I de massa especifica das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC). Fonte: CANDIDO (2012). Na Figura 2.3 está apresentada a absorção de água na faixa de variação II de massa específica das cerâmicas queimadas. Os resultados obtidos pela autora mostraram que os valores de absorção de água, para todas as temperaturas, foram menores que os observados na faixa de variação I de massa específica. Isso se deve as reações de difusão que possibilitou uma redução da porosidade (VIEIRA et al., 2009). Na temperatura de 850ºC, com a adição de argilito à massa argilosa, há uma queda da absorção de água. Essa queda pode ser atribuída ao maior teor de óxidos fundentes do argilito. Adicionando chamote, nas duas quantidades, não foi observada 14

29 variação significativa para essa propriedade em relação a composição M50A. Porém, em relação a composição M houve uma redução de quase 5% na absorção de água. Na temperatura de 950ºC, assim como na de 850ºC, houve queda da absorção quando se adicionou o argilito. Porém quando se adicionou 5% de chamote resultou em um ligeiro aumento desse parâmetro. Isso pode estar associado às transformações de fases sofridas pelo chamote durante a queima. Com os 10% de chamote adicionado a massa, não obteve-se alteração significativa de absorção de água em relação a composição M50A, entretanto, em relação a composição M, houve uma queda de 5%. Em 1050ºC, obteve-se os menores valores de absorção de água em todas as composições, sendo que a composição 40M50A10CH foi a que menos absorveu. Esses valores mais baixos, obtidos para esse parâmetro, estão associados a formação de fase líquida que diminui a porosidade da cerâmica (MONTEIRO e VIEIRA, 2004). Figura Absorção de água na faixa de variação II de massa específica das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC). Fonte: CANDIDO (2012). Os resultados mostraram que tanto na faixa de variação I como na faixa de variação II de massa específica, os melhores resultados para absorção de água foram obtidos na temperatura de 1050ºC. Tal resultado está associado às reações de sinterização que nesta temperatura estão em estágio mais avançado (VIEIRA et al., 2009). Quanto a retração das peças, a Figura 2.4 apresenta a retração diametral de queima na faixa de variação I de massa específica em função das temperaturas estudadas. Com adição de argilito à massa, os resultados mostraram houve uma redução de cerca de 0,4%, em relação à massa argilosa na temperatura de 850ºC. Esse 15

30 comportamento por estar relacionada ao início do processo de sinterização e também a substituição de parte do material argiloso por um material com menor perda ao fogo (ACCHAR, 2006). Quando adicionaram 5 e 10% de chamote observou-se que houve uma alteração significativa em relação à composição com 50% de argilito. Já em relação a massa argilosa, a adição de chamote contribuiu para reduzir a retração diametral. Na temperatura de 950ºC o comportamento da retração foi semelhante ao da temperatura de 850 ºC. Entretanto a adição de argilito provocou uma redução na retração de 0,6% em relação à massa argilosa. E com a adição de chamote, nas duas quantidades avaliadas, também não foi observada variação significativa em relação a composição M50A. Entretanto, em relação à composição M houve uma diminuição da retração de aproximadamente 0,5%. Analisando temperatura de 1050ºC, observou-se que a adição de argilito não provocou alteração significativa para esse parâmetro. Quando se adicionou 5% de chamote pode-se observar que houve um aumento na retração diametral em relação a composição M50A que pode estar associado a formação de fase líquida. Ao adicionar 10% de chamote observou-se que houve um aumento de cerca de 1,7% na retração diametral em relação a massa com 50% de argilito e uma redução desse parâmetro em relação a massa argilosa de 2%. Figura Retração diametral de queima das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação I de massa específica. Fonte: CANDIDO (2012). A Figura 2.5 apresenta retração diametral de queima na faixa de variação II de massa específica das cerâmicas. A 850ºC não observou variações significativas para esse parâmetro à medida que se adicionou argilito e chamote. O maior grau de 16

31 empacotamento a seco das partículas pode sido o responsável por essa variação pouco significativa. A 950ºC o comportamento de retração de queima foi similar ao observado na faixa de variação I de massa específica. A adição de argilito à massa argilosa também provocou uma diminuição da retração, entorno de 0,7%. A adição de chamote não provocou variações significativas na retração diametral de queima em relação a composição M50A. Entretanto, com relação a massa argilosa, a adição de chamote, nas duas proporções promoveu uma diminuição da retração. Já em 1050ºC, não foi observada uma variação significativa na retração diametral de queima quando se adicionou 50% de argilito à massa. Quando se adicionou 5 e 10% chamote também não foi observada nenhuma variação significativa em relação a composição M50A. Porém, em relação a composição M observou-se que a medida que se adicionou chamote houve um discreto aumento na retração. Essa tendência pode estar associada as reações de sinterização do chamote (VIEIRA et al., 2004). Figura Retração diametral de queima das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação II de massa específica. Fonte: CANDIDO (2012). Ainda, a autora continuou os estudos das propriedades mecânicas finalizando com os resultados de como este material se comportaria com relação a sua resistência. A resistência à compressão uniaxial das cerâmicas em função das temperaturas de queima na faixa de variação I de massa específica está apresentada na Figura 2.6. Nas três temperaturas investigadas, a adição do argilito promoveu um aumento na resistência à compressão uniaxial em relação a massa argilosa. De acordo com PINHEIRO (2010) esse aumento se deve provavelmente a maior quantidade de 17

32 fundentes presentes no argilito que possibilita a formação de fase líquida diminuindo a porosidade do material. Com a adição de 5 e 10% de chamote, nas temperaturas de 850 e 950ºC, os resultados mostraram uma redução da resistência em relação à massa com 50% de argilito e em relação a massa argilosa. Provavelmente isso se deve as partículas mais grosseiras do chamote que atuam como ponto de concentração de tensão (VIEIRA et al., 2009). A 1050ºC, tanto a adição de argilito quanto a adição de chamote, nas duas porcentagens, contribuiu para aumentar a resistência mecânica das peças em relação à massa argilosa. Esse incremento da resistência está associado, sobretudo, à formação de fase líquida vitrificação (VIEIRA et al., 2009). Figura Resistência à compressão uniaxial das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950, 1050ºC) na faixa de variação I de massa específica. Fonte: CANDIDO (2012). A Figura 2.7 apresenta a resistência à compressão uniaxial das cerâmicas na faixa de variação II de massa específica. Observou-se que todos os valores de resistência apresentados foram superiores a 50 MPa. Esse resultado indica que o maior empacotamento das partículas a seco contribuiu para melhorar os processos de sinterização facilitando assim a formação de fase líquida. Na temperatura de 850ºC, a adição de argilito provocou um discreto aumento da resistência em relação à massa argilosa. Quando adicionado 5 e 10% de chamote observou-se uma redução da resistência indicando que o chamote atuou com concentrador de tensão diminuindo os valores desse parâmetro em relação à composição 18

33 M50A. Em relação à composição M, a adição de chamote não provocou alterações significativas. Analisando em 950ºC tanto a adição de argilito quanto a adição de chamote, nas duas proporções, não alterou significativamente a resistência à compressão uniaxial. Na temperatura de 1050ºC a adição de argilito provocou aumento na resistência quando comparado à massa argilosa. Isso se deve por conta do argilito apresentar maior quantidade de óxidos fundentes o que acaba por ajudar na formação de fase líquida (VIEIRA e EMILIANO, 2005) contribuindo para o aumento da resistência. A adição de chamote nas duas proporções à composição M50A demonstrou não alterar de maneira expressiva a resistência mecânica. A adição de chamote, nas duas quantidades, à massa argilosa provocou um aumento desse parâmetro. Pode-se observar ainda que as barras de erro na Figura 2.7 estão relativamente elevadas. Segundo a autora, isto pode ser devido a variações de temperatura dentro do forno que podem ter contribuído para a elevada dispersão nos dados obtidos. Os valores obtidos de resistência à compressão na faixa de variação I de massa específica indicaram que a formulação M queimada a 850ºC, 45M50A5CH e 40M50A10CH queimadas a 850 e 950ºC não são indicadas para produção do adoquim para pavimentação de nenhum tipo de via porque os valores alcançados por essas composições não atingiram o mínimo de 35 MPa de acordo com a ABNT 97810/1987. A formulação M queimada a 1050ºC apresentou valor próximo a 35 MPa. Já a formulação M queimada a 950ºC, M50A queimada nas três temperaturas, e as formulações 45M50A5CH e 40M50A10CH queimadas a1050ºc, seriam indicadas para a produção do intertravado de cerâmica para pavimentação de vias com tráfego de veículos comerciais. 19

34 Figura Resistência à compressão uniaxial das cerâmicas em função das temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC) na faixa de variação II de massa específica. Fonte: CANDIDO (2012). Nos estudos feitos por MACÊDO et al. (2011) sobre o comportamento de blocos cerâmicos estruturais produzidos a partir da mistura de lama vermelha e argila, os autores concluíram que a dosagem de 60% de lama vermelha e de 40% de argila mostrou-se viável para a produção dos blocos cerâmicos estruturais, mas que é necessário um controle mais rigoroso dos teores na mistura a fim de evitar variações nas propriedades físicas e mecânicas dos blocos. Portanto, nota-se que estudos em relação a matrizes de cerâmica vermelha têm despertado o interesse da academia científica no sentido de registrar informações que possam vir a contribuir para o desenvolvimento do setor. Não sendo diferente, este trabalho de pesquisa busca gerar dados no sentido de elucidar algumas dúvidas sobre a composição química, características físicas e mineralógicas das argilas da região PROCESSAMENTO DE CERÂMICA VERMELHA Os processamentos empregados pelos diversos segmentos cerâmicos podem ser parcialmente iguais ou totalmente iguais. O que pode diferir nesse processamento é o tipo de produto desejado (ABC, 2004). De modo geral eles compreendem as etapas de preparação da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento. 20

35 Normalmente este segmento industrial utiliza, para produção de suas peças, duas ou mais argilas com características próprias (ABC, 2004). Como o ceramista, na maioria das vezes, não tem conhecimento científico da matéria-prima utilizada, a massa formulada é feita de forma empírica, onde se mistura proporções de argila gorda ou forte, caracterizada pela alta plasticidade, granulometria fina e composição essencialmente de argilominerais, com uma argila magra ou fraca, rica em quartzo, caracterizando-se como um material redutor de plasticidade e que permite a drenagem adequada das peças nos processos de secagem e queima (PEÇANHA et al., 2005). Para tanto, a Associação Brasileira de Cerâmica Vermelha (2011) descreve na Figura 2.8 o fluxograma referente as etapas de todo o processo produtivo e de forma geral explica que: - Extração da matéria prima: A maioria das argilas está depositada nas bacias dos rios e o plano de extração deve prever a remoção, a disposição dos estéreis, a formação de bancos de extração que assegurem economia no transporte, a drenagem da água, a segurança no trabalho e o aproveitamento completo da jazida (SILVA, 2009). Após a extração, os materiais devem ser beneficiados, isto é, desagregados ou moídos e classificados de acordo com a granulometria. O processo de fabricação, propriamente dito, tem início somente após essas operações. - Estocagem da argila: O processo de estocagem da argila ocorre depois que acontece a extração nas jazidas, posteriormente é transportada por caminhões até chegar ao local apropriado, ficando exporta a céu aberto. Os estoques são de grande importância porque asseguram o abastecimento durante o período de inverno, já que durante esse período as estradas de terra ficam difíceis de serem transitáveis (BACCELLI JÚNIOR, 2010). É importante na fase de preparação que a mistura tenha tempo para homogeneizar e descansar das tensões sofridas pela extração. Este procedimento irá contribuir para a redução do consumo energético e desgaste dos equipamentos (ANDRADE, 2009). - Britagem: Etapa que consiste em quebrar ou triturar a argila em partes menores. Argilas que apresentam grãos grandes devem ser pré-triturados, até que estejam compatíveis com as dimensões do caixão alimentador (DANTAS NETO, 2007). - Moagem: O objetivo dessa etapa é diminuir o tamanho dos grãos de forma a homogeneizar a massa argilosa. 21

36 - Dosagem e alimentação: Realizada por um operário experiente, que de acordo com sua sensibilidade avalia a plasticidade da massa. Em seguida essa massa é levada até o caixão alimentador, cuja função é controlar a quantidade de massa homogeneizada a ser processada pelos maquinários subsequentes. Nessa fase do processo, o teor de umidade deve ser controlado com bastante rigor, pois caso haja excesso de umidade, alguns equipamentos perdem sua eficiência, como é o caso do desintegrador, que não desintegrará os blocos de argila, apenas os amassará. - Desintegração: Máquina cilíndrica, também chamada de destorrador, que serve para quebrar os torrões de argila. Possui um cilindro maior, liso, que gira em baixa velocidade e tem a função de manter uma alimentação constante de material, já o cilindro menor com facas, girando em alta velocidade, quebra os torrões mais duros de argilas secas, ou semi-secas, proporcionando um material uniforme. - Mistura: Feita através de um misturador, consiste em um equipamento com facas intercaladas que giram em sentidos opostos corta e desmancha os torrões menores que 30 cm. Na saída do misturador, tem-se torrões de 2 a 5 cm e uma mistura de cor uniforme. Nesta etapa também ocorre a hidratação da argila, porém de forma fugaz porque em segundos a massa argilosa é transportada para o laminador e consequentemente para a extrusora. Com um sistema deste tipo é indispensável o sazonamento prévio das argilas, já que a adição de água nesta fase possui a finalidade de garantir umidade constante. - Laminação: Rolos fazem a compactação da argila, tornando-a menos porosa, mais densa, eliminando bolhas de ar ou aglomerados remanescentes. Proporcionando maior densidade a massa argilosa, eliminando pedriscos e raízes ainda existentes. Cada laminador é composto de dois cilindros que se aproxima até uma distância precisa e controlada. Os grãos maiores, acima de 1 mm, contidos na argila causam desgastes dos cilindros. A maior alimentação no centro da esteira causa desgaste na metade do cilindro. Para reduzir essa tendência, usa-se uma faca niveladora na esteira e a matéria-prima será distribuída ao longo do cilindro. Os cilindros precisam ser corrigidos a cada semana, e a distância entre eles se mede com um paquímetro. Assim, sabe-se que a qualidade do produto está diretamente ligada ao processamento da massa e 22

37 para que isto ocorra, é necessário um controle da fase inicial a fase final do processo de preparação. - Extrusão: A extrusora ou maromba é responsável em dar forma à massa plástica e rígida. É forçada por um pistão ou eixo helicoidal, a passar continuamente em um molde ou boquilha tomando a forma e gerando então uma coluna contínua, dando forma a tijolos maciços e furados, lajotas, entre outros (NORTON, 1973). - Corte e acabamento: Ao sair da boquilha, a massa ainda úmida se movimenta sobre uma esteira, onde são interceptados por fios metálicos, bastante esticados, que efetuam o corte na peça. - Secagem: Consiste na eliminação da água utilizada na fabricação das peças, sendo de crucial importância no processamento. - Queima: Após a secagem, as peças são transportadas para o forno, onde são calcinadas em altas temperaturas, que através de transformações físico-químicas, altera as propriedades mecânicas, cor e dimensões da peça. A etapa de queima é realizada em fornos, cuja concepção térmica e os combustíveis empregados possuem grande variedade (BACCELLI JÚNIOR, 2010). - Inspeção: Após a retirada do forno, as peças são observadas visualmente quanto a trincas, quebras, essas peças são descartadas. As peças que estiverem com os aspectos dentro dos padrões exigidos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT são liberadas para comercialização. - Armazenamento: É feito em áreas cobertas ou abertas, dependendo das condições climáticas de cada região, permanecendo até a retirada dos produtos para a expedição. - Expedição: Final de todo o processo, consiste no envio do produto final até o mercado consumidor, ou seja, produto comercializado. 23

38 FLUXOGRAMA - PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CERÂMICA VERMELHA Argila dura Argila mole Britagem Moagem Dosagem e alimentação Dosagem e alimentação Desintegração Mistura Laminação Extrusão Corte Prensagem Telhas Secagem Queima 2 Tijolos furados blocos, lajes elementos vazados tubos (manilhas) e alguns tipos de telhas. Inspeção Estocagem Expedição Figura Etapas do processo de fabricação de cerâmica vermelha. Fonte: ABC (2011). 24

39 Etapas de conformação das peças cerâmicas Conformação: Esta é a etapa que dá forma à peça. Apesar de existirem quatro métodos de conformação, que são: tornearia, colagem, extrusão e prensagem. A escolha de cada método depende das condições de trabalho das massas, do tamanho das peças, das dificuldades de fabricação e das tolerâncias especificadas (MAIA, 2012). No que diz respeito à conformação de produtos de cerâmica vermelha para a construção civil, como no caso dos tijolos ou telhas, pode ser realizada por dois tipos de técnicas: por extrusão e prensagem (JUNIOR, 2006). De acordo com RIBEIRO et al. (2003), a extrusão é uma técnica de produção associada à elevada produtividade, principalmente para produtos de seção transversal constante, como no caso do tijolo por exemplo. O equipamento responsável por extrudar à massa é chamado de extrusora e é muito importante devido sua capacidade de homogeneizar e retirar o ar da massa (REED, 1996). Já a conformação por prensagem consiste na utilização de uma matriz preenchida pelo material que sofrerá a aplicação de carga em uma ou mais direções (PEÇANHA, 2006). E devido à aplicação desta carga, os grãos conseguem fluir e se arranjar no interior das cavidades da matriz. É um procedimento bastante utilizado pela indústria cerâmica devido à sua elevada produtividade, facilidade de automação e capacidade de produzir peças de tamanhos e formas variadas, sem retração de secagem e com baixa tolerância dimensional (ALBAJO, 2000). Secagem: Uma das operações mais importantes da fabricação dos cerâmicos é a secagem, pois requer cuidados especiais para que a água contida no produto seja eliminada por toda a massa cerâmica de forma lenta e uniforme (BRITO, 2012). Quando se obtêm artefatos, tipo os tijolos, com trincas e/ou quebra é porque o processo de secagem ocorreu de forma rápida e/ou não uniforme (PEÇANHA, 2006). A secagem das peças cerâmicas pode ser realizada ao natural ou em secadores controlados. Na secagem natural as peças são colocadas em locais abertos, expostas à ventilação e ao calor. Este tipo de secagem é mais lento e necessita de muito espaço coberto para armazenamento do material (ANDRADE, 2009). Já em secadores controlados, eles podem ser secos em secadores do tipo intermitentes e do tipo contínuos. O secador de câmara, alimentado com ar quente fornecido por uma fonte de calor é o tipo de secador intermitente mais comum. O secador tipo túnel, utilizado numa 25

40 vasta gama de materiais cerâmicos, é o mais comum na classe dos contínuos (ANDRADE, 2009). No início da secagem da peça existe a retração, isso acontece devido a velocidade de saída da água existente no material. Logo, os grãos encostam-se uns nos outros diminuindo a contração até chegar ao ponto crítico, a partir daí, a massa não tem mais como contrair e por isso a velocidade de secagem tende a decrescer. Esse é o ponto de saída de água dos poros (MAIA, 2012). O que se sabe é que na prática nem todas as partículas entram em contato ao mesmo tempo, uma vez que a superfície seca de forma mais rápida que o interior da peça. Então, parte da água evaporada ainda se origina da interposição entre partículas. Porém, à medida que evapora esta água de plasticidade a água intersticial proveniente dos capilares e que não produzem retração, vai tornando-se predominante (BARBA, 1997). A Figura 2.9 demonstra esquematicamente a ocorrência da eliminação de água de conformação e retração de secagem de uma massa cerâmica plástica (VIEIRA, 2003). Onde I está representado o sistema argila-água no início da etapa de secagem. Em II, após certo tempo, já não há mais a água de plasticidade que separa as partículas. Por outro lado, ainda há água nos capilares, denominada de água intersticial. Já em III toda a água intersticial foi eliminada (ANDRADE, 2009). Figura Representação da evolução da secagem do sistema argila-água. Fonte: ANDRADE, (2009). É importante frisar que as argilas muito plásticas e de granulometria muito fina necessitam de grande quantidade de água de amassamento e, por isso, tendem a uma elevada contração de secagem. A velocidade de secagem torna-se lenta, o que dificulta a 26

41 migração de água até a superfície. Então, para facilitar a secagem das massas argilosas muito finas, é preciso colocar um material de granulação mais grossa (VIEIRA, 2003). Sinterização: A sinterização é um processo termodinâmico de não equilíbrio, consistindo basicamente no aquecimento de compactos verdes, tendo como resultado a formação de uma estrutura sólida coerente através da redução de área superficial (VAN VLACK, 1973). Nesta etapa, a estrutura das peças deixa de ser um conjunto de partículas rodeadas de poros e se tornam uma estrutura onde as partículas se encontram mais próximas e com uma porosidade relativamente baixa, ocorrendo a densificação da matriz, sobretudo, pela formação de fase líquida (KINGERY et al., 1976). De acordo com RICHERSON (1982) quando as partículas se unem, reduz-se a porosidade e iniciam-se os mecanismos de sinterização. Ainda, segundo este autor a etapa de sinterização pode ser dividida em três estágios que são representados nas Figuras 2.10, 2.11 e 2.12: Formação da área de contato: etapa que não há um crescimento visível das partículas e a retração macroscópica é quase que imperceptível. Isso acontece porque é nesta fase inicial que as partículas começam a se unir. Figura Formação da área de contato. Fonte: RICHERSON (1982). Diminuição do volume dos poros: com o tempo de sinterização, as fases vazias ou poros, diminuem, e se tem um sistema formado por um material maciço e menos poroso. Neste estágio a retração e a diminuição da porosidade apresentam uma velocidade maior que no estágio final. 27

42 Figura Diminuição do volume dos poros. Fonte: RICHERSON (1982). Formação da porosidade fechada: neste momento, os poros tendem a tomar uma forma esférica, então a velocidade de sinterização diminui e o aumento da retração da peça cerâmica é menor do que na etapa anterior. Figura Formação da porosidade fechada. Fonte: RICHERSON (1982). Portanto, seguindo esse estágio de sinterização explanado no trabalho de RICHERSON (1982), percebe-se que os átomos dos grãos menores por possuírem menor tamanho de energia crítica tendem a desaparecer, isso acontece devido a sua instabilidade termodinâmica. Com isto os poros são substituídos por materiais sólidos A INDÚSTRIA DE CERÂMICA VERMELHA NO BRASIL A indústria de cerâmica vermelha é responsável pela fabricação de blocos, tijolos, telhas, tubos, ladrilhos, elementos vazados e outros. A matéria-prima utilizada para fabricação destes produtos é constituída por argilas plásticas (caulinito-ilíticas) onde os componentes principais são os argilominerais (silicatos hidratados de alumínio), matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio. E toda esta matéria-prima é retirada, geralmente, de margens de rios, lagos ou de várzeas (RIPOLI, 1997). No Brasil a tecnologia da produção de tijolos e telhas se deu com chegada dos imigrantes europeus, que mediante as organizações familiares, contribuíram para o 28

43 surgimento das pequenas olarias em diversas regiões do país. No início, os oleiros imigrantes, ingressaram na agricultura, e somente numa segunda etapa, houve o real exercício da profissão (SECTME, 1990). No entanto, foi depois da segunda guerra mundial que ocorreu o grande desenvolvimento da indústria cerâmica. Essa evolução se deu por conta da abundância de matérias-primas naturais, fontes alternativas de energia e tecnologias embutidas nos equipamentos industriais que se encontravam com mais disponibilidade (MACÊDO, 1997; ABC, 2002). Apesar deste segmento industrial ser antigo, ainda existe divergência no que concerne a coleta de dados sobre o setor de cerâmica no Brasil. A ANICER (Associação Nacional da Indústria Cerâmica) e a ABC (Associação Brasileira de Cerâmica) que são as duas maiores associações do ramo, divergem quanto algumas informações, como por exemplo, a ANICER afirma que em 2008 existiam cerca de empresas, entre cerâmicas e olarias, sendo responsáveis por mais de 400 mil empregos diretos, 1,25 milhões indiretos e gerando um faturamento anual de R$ 6 bilhões, correspondendo algo em torno de 4,8% do faturamento da indústria da construção civil. Já a ABC considerava a existência de empresas de pequeno porte distribuídas pelo país, gerando em torno de 300 mil empregos, culminando num faturamento de aproximadamente R$ 2,8 bilhões (SEBRAE, 2008). A diferença dessas informações deve-se ao fato de que ainda existe um alto índice de informalidade em toda cadeia de construção civil do país, o que acaba por dificultar a precisão dos dados referente a este setor. Segundo dados da Associação Nacional da Indústria Cerâmica, no ano de 2010 foram registradas cerca de empresas entre cerâmicas e olarias, gerando aproximadamente 300 mil empregos diretos e 900 mil indiretos, com um faturamento anual de R$ 18 bilhões e uma representatividade em torno de 4,8% da construção civil. É perceptível que essas empresas geram centenas de milhares de empregos diretos e indiretos, movimentam mensalmente milhões de toneladas de matérias-primas e faturam valores anuais superiores a outros setores cerâmicos (DUAILIBI et al., 2002). A Figura 2.13 apresenta um panorama em escala nacional das regiões em que mais se produz cerâmica vermelha. 29

44 Figura Produção nacional de cerâmica vermelha por região. Fonte: Adaptado de IBGE (2008). Nota-se que a região Sul e Sudeste foram as que mais se destacaram e se desenvolveram no país. O Nordeste tem mostrado bom desempenho na produção, reflexo do aumento na demanda por produtos cerâmicos. Isso é motivado pelo bom desempenho e desenvolvimento da construção civil na região (ANICER, 2008). Esse processo de produção busca produzir uma argila com duas características que são essenciais para a produção de uma peça de qualidade: a plasticidade e a fusibilidade. Essas duas características propiciam trabalhabilidade e resistência mecânica durante a queima da cerâmica (BNB, 2012). Segundo SEBRAE (2008), os fornecedores de matéria-prima podem ser agrupados em duas categorias: pequenas e médias empresas de capital nacional que se utiliza de técnicas rudimentares de exploração, com produção local; e grandes mineradoras (em geral associadas a multinacionais ou ao setor de revestimento), bem mais organizadas e com oferta de produtos de melhor qualidade. Dados do Ministério de Minas e Energia (2011a) relatam que atualmente a argila é o produto com a 4ª maior produção da mineração no país. Partindo da produção estimada de 84,8 bilhões de peças cerâmicas, em 2010, e considerando a massa média de 2,0 kg/peça, pode-se estimar que foram utilizadas 170 milhões de toneladas de argila no país. A Figura 2.14 apresenta o histórico de produção até o ano de

45 Figura Histórico da produção de cerâmica vermelha no Brasil a partir de 2001 (em bilhões de peças). Fonte: Adaptado do SEBRAE (2008) e MME (2011a). A partir de uma visão nacional representada na Figura 2.15 percebe-se o grande potencial mineral do país, porém é difícil fazer uma estimativa mais precisa das reservas de argila para cerâmica vermelha, uma vez que os depósitos e as jazidas são pouco avaliados. Figura Reservas de argilas no Brasil. Fonte: MOTTA et al. (2000b). Os estados de São Paulo, Minas Gerais e Rio Grande do Sul são as principais produtoras de cerâmica vermelha, estas juntas correspondem a mais de 44% da produção nacional em 2012 (INT, 2012). Ainda, segundo os dados do Instituto Nacional de Tecnologia, analisando de forma isolada, São Paulo destaca-se como maior produtor, 31

46 SP MG RS PR RJ SC BA CE GO RN PE MA PB ES PA AM PI SE TO AL MS MT RO AC DF AP RR Produção em milhões de peças responsável por aproximadamente 21% da produção nacional de cerâmica vermelha (INT, 2012). Todas estas informações podem ser observadas na Figura Estados Figura Produção de cerâmica vermelha por estado em 2011 (milhões de peças). Fonte: Adaptado de INT (2012). Visto que este setor contribui significativamente para o desenvolvimento do país, o Ministério de Minas e Energia, no Plano Nacional de Mineração 2030, elaborou uma previsão feita com base em dados de 2008, e mostra que a produção de cerâmica vermelha deverá crescer de três a cinco vezes até o referido ano. Os valores projetados para a demanda seguem as taxas de crescimento aplicadas ao cimento devido à dificuldade de informações que ainda há referente ao setor de cerâmica vermelha. Portanto, há uma expectativa de crescimento médio de 5,6% ao ano até 2022, pois se considera o esperado crescimento em infraestrutura, saneamento e habitações. De 2022 a 2030, a taxa utilizada é mais moderada, de 4,6% ao ano. O cenário considerado por esse relatório para fazer essas estimativas cogita que o PIB nacional crescerá em média 5,1% ao ano e a economia mundial 3,8% ao ano (MME, 2011b). 32

47 cerâmica vermelha (milhões de toneladas) Produção de peças em bilhões Ano Figura Previsão de produção de cerâmica vermelha (em bilhões de peças). Fonte: Dados do MME (2011b). O Ministério de Minas e Energia (2009b) também realizou a estimativa de evolução da produção de argila levando em consideração o comportamento do PIB brasileiro entre 2010 e Uma grande característica dos investimentos realizados em pesquisa mineral em argila para cerâmica vermelha é o fato de eles serem realizados como parte do processo de legalização das empresas de cerâmica, visando atender às exigências do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM). A Figura 2.18 apresenta a estimativa de produção para cerâmica vermelha Ano Figura Previsão da produção de argila para cerâmica vermelha (em milhões de toneladas). Fonte: MME (2011b). Então, de acordo com os estudos realizados pelo MME (2009b) espera-se uma produção no país de 304 a 740 milhões de toneladas de argila até E no que diz respeito aos investimentos destinados exclusivamente à pesquisa mineral, estão 33

48 estimados em US$ 10,5 bilhões. Porém, para os minerais não metálicos, ou seja, grupo do qual a cerâmica vermelha faz parte, estima-se que estarão destinados apenas 2,98% desse valor (MME, 2009) A indústria de cerâmica vermelha no estado do Pará O estado do Pará possui o maior número de empresas do setor de cerâmica vermelha da Região Norte, distribuídas em aproximadamente 07 Microrregiões e que são significativas do ponto de vista econômico. Até o ano de 2014 o estado contava com aproximadamente 200 empresas já cadastradas, gerando cerca de 15 mil empregos diretos e 40 mil indiretos (MAGNO, 2014). A concentração de um pólo ceramista forte na região Nordeste do estado, mais precisamente no município de São Miguel do Guamá, se deve por fatores naturais e também pelas malhas viárias. O município é passagem da rodovia Belém-Brasília (BR- 010) e a mesma se integra a um sistema de rodovias no âmbito federal (BR-316) e estadual (PA-251), com isso as unidades produtoras de cerâmica vermelha do Nordeste do estado estão ligadas a Região Metropolitana de Belém, Castanhal, Paragominas e muitos outros municípios consumidores de suas mercadorias. Para o escoamento da matéria-prima, a Belém-Brasília se torna muito importante, pois a argila extraída dos barreiros é escoada inicialmente pelos ramais que possuem ligação direta com a BR- 010, tornando-se uma ponte direta das cerâmicas com as jazidas (SILVA, 2013). O município de São Miguel do Guamá, com aproximadamente 52 mil habitantes, no ano de 2010 (IDESP, 2013). Este município faz limite com os municípios de Santa Maria do Pará e Bonito ao norte; São Domingos do capim e Irituia ao sul; Ourém a leste e Inhangapi a oeste. O mesmo está localizado a 144 km da capital paraense e a ligação rodoviária se dá principalmente pelas BR 316 (Pará-Maranhão) e BR 010 (Belém Brasília) (LIMA e LEITE, 2014). O pólo cerâmico de São Miguel do Guamá possui cerca de 49 indústrias que geram juntas uma produção de 50 milhões de peças mensalmente (SINDICER, 2012). A geração de emprego e renda, disponibilizada pelas empresas de São Miguel do Guamá, são umas das significativas contribuições da indústria de cerâmica vermelha no âmbito socioeconômico da região nordeste do estado, devido a sua elevada oferta de cerâmica vermelha para a construção civil (ROCHA, 2013). 34

49 O município é considerado o principal pólo industrial de cerâmica da Região Norte do Brasil. O pólo é capaz de gerar mais de três mil empregos diretos e fabricar aproximadamente quarenta milhões de tijolos e nove milhões de telhas mensalmente, tornando o mesmo responsável por 92% da oferta da produção estadual. Essa produção é consumida na maior parte no próprio estado e outra pequena parte no estado do Maranhão (ROCHA, 2013). Os depósitos de argila da cidade podem ser encontrados em duas situações, podem ser em situação aflorada e em subsolo. A argila aflorada possibilita menos gastos justamente pela facilidade de extração, por outro lado quando a matéria-prima está no subsolo é necessário realizar a retirada da capa de vegetação que cobre estes depósitos de argila. Isso representa um custo financeiro maior para os ceramistas (CORDOVIL, 2010). A Figura 2.19 apresenta o mapa das jazidas de argilas de São Miguel do Guamá que consistem de uma estreita faixa que se estende por toda a extensão do território que é banhado pelo rio Guamá (CORDOVIL, 2010). Figura 2.19 Mapa de São Miguel do Guamá. Fonte: IBGE (2007). De acordo com LIMA (2000) esta fração, do espaço do município, se caracteriza como uma unidade de formação barreira, por isso é bastante comum encontrar areia fina, silte, argila. Dentro da subdivisão dos sedimentos esta área do município, que é rica em argila, classifica-se de acordo com LIMA (2000) como fáceis argilo-arenosas, onde ocorre uma variação de camadas argilosas, argilo-arenosas, areno-argilosas e arenosas limpas. 35

50 Apesar da configuração territorial de São Miguel do Guamá apresentar estes recursos naturais disponíveis, não se pode afirmar que este é o motivo principal da concentração de empresas cerâmicas na cidade. Então, entende-se que a proximidade das jazidas de argila com os espaços existentes para produção de telhas e tijolos é mais um fator geográfico que influencia na construção de indústrias cerâmicas. Isso porque as áreas de várzeas do rio Guamá, local de onde se extrai o recurso, fica próximo da sede municipal onde está localizado o pólo cerâmico. Logo, esse fator facilita e torna rentável o transporte da argila para os empresários do setor (CORDOVIL, 2010). As argilas de São Miguel do Guamá podem ser classificadas em argila amarela, argila amarela acinzentada, argila cinza e argila preta de acordo com a classificação proposta por VIEIRA e MONTEIRO (2001). Porém, em outro estudo realizado por MACÊDO et al. (2011), referente às argilas do munícipio, caracterizou-se como argilas cauliníticas, com gênese típica de micas, abundantes em toda a bacia sedimentar do Amazonas. A Tabela 2.2 apresenta a composição química da argila pesquisada por MACÊDO et al. (2011). Tabela 2.2 Composição química da argila do município. Constituintes Argila SiO 2 62,8 Al 2 O 3 21,5 Fe 2 O 3 4,56 TiO 2 1,07 CaO 0,02 K 2 O 0,07 MgO 0,23 PF (perda ao fogo) 9,89 Fonte: MACÊDO et al. (2011). De acordo com a análise química, a argila estudada por estes autores revelou que a baixa quantidade de óxidos fundentes presentes indica que a incorporação de materiais ricos nesses óxidos pode contribuir para formação de fase líquida, podendo assim diminuir a temperatura de queima das peças, e consequentemente a diminuição do 36

51 consumo de recursos para o processamento desta etapa. Além disso, os baixos teores de óxidos de ferro podem conferir coloração pouco avermelhada nas peças queimadas Estudos com as argilas de São Miguel Do Guamá Devido ao grande consumo de produtos cerâmicos, o atendimento à demanda do mercado consumidor requer expansão das atividades e constantes melhorias nos processos produtivos, principalmente no que tange à qualidade dos produtos cerâmicos e concordância com a legislação. Sendo assim, além da regulamentação governamental atrelada ao controle da qualidade dos produtos do segmento cerâmico, o impacto socioambiental causado por essa atividade tem despertado preocupações (KUASOSKI et al., 2016). Considerado como um segmento altamente poluidor, as indústrias de cerâmica vermelha necessitam de mais conhecimento sobre o que são as argilas por elas utilizadas, bem como buscar investir em processos produtivos que visem à sustentabilidade, de forma a aliar a lucratividade com a contenção dos impactos socioambientais (KUASOSKI et al., 2016). Conforme CABRAL et al. (2012) cresce a demanda por soluções tecnológicas e gerenciais que visem aprimorar o sistema de suprimento de matérias-primas minerais, visto que os recursos naturais extraídos para a produção de cerâmica vermelha tendem a se esgotar. Em virtude disso, a academia científica tem buscado através de vários estudos contribuir para tais aprimoramentos com o objetivo de tentar minimizar os impactos ambientais causados quanto também propor sugestões de melhoria no processo produtivo. As argilas caracterizam-se por serem constituídas de óxidos como SiO 2, Al 2 O 3, FeO e apresentam baixa granulometria. E muitos resíduos industriais apresentam características mineralógicas, químicas e físicas semelhantes às argilas utilizadas na cerâmica tradicional (PUREZA, 2004). Então, observa-se a possibilidade de reutilização destes resíduos como matérias-primas na indústria cerâmica. A granulometria das matérias-primas interfere em diversas propriedades como, por exemplo, plasticidade da massa, porosidade final e densidade (PUREZA, 2004). Muitas vezes a baixa granulometria é obtida por meio de operações de moagem e esta operação deixa o custo do produto final um pouco mais elevado. 37

52 O trabalho realizado por LIMA (2000) intitulado Estudo Geoeconômico e Tecnológico das Argilas Utilizadas na Indústria Cerâmica dos Municípios de São Miguel do Guamá e Irituia, Nordeste do Estado do Pará revelou que as três amostras coletadas em São Miguel do Guamá, na região de extração de matéria-prima da cerâmica Cecal, existe uma quantidade considerável de fração argila, o que determina adequada trabalhabilidade para a fabricação de cerâmica vermelha. A Tabela 2.3 resume as porcentagens de cada fração encontrada. Tabela Granulometria das amostras de argila do município de São Miguel do Guamá. Amostra Fração Areia % Fração Silte % Fração Argila % SAL-05-A 0,18 69,64 30,18 SAL-05-B 0,68 76,62 22,70 SAL-05-C 0,24 70,44 29,32 Fonte: LIMA (2000). Ainda neste trabalho, LIMA (2000) verificou através da difração de raios X, que as argilas apresentaram como resultado um material constituído essencialmente por Montmorilonita, Caulinita, Ilita, Quartzo e Goetita. Os dois últimos são predominantes na fração Silte (0,02 a 0,002mm) enquanto que a fração argila (<0,002mm) é composta principalmente por Montmorilonita, Caulinita e Ilita em menores quantidades. A Tabela 2.4 apresenta a amostra com os respectivos minerais encontrados. Tabela 2.4- Composição mineralógica das amostras de argila do município de São Miguel do Guamá. Amostra SAL-05-A SAL-05-B SAL-05-C Minerais identificados Quartzo, Goetita, Caulinita e Ilita. Quartzo, Goetita e Montmorilonita. Quartzo, Goetita, Montmorilonita, Caulinita e Ilita. Fonte: LIMA (2000). No trabalho de MACÊDO et al. (2011) sobre o comportamento de blocos cerâmicos estruturais produzidos a partir da mistura de lama vermelha e argila, esta argila utilizada como objeto de estudo foi proveniente do município de São Miguel do 38

53 Guamá-PA. Através das análises realizadas por estes autores, concluiu-se que a matériaprima possui composição média idêntica à de outras regiões produtoras do nordeste desse estado, sendo caracterizada como argila caulinítica. BETINI (2007) também estudou as argilas de São Miguel do Guamá. A autora realizou análise química e mineralógica das amostras, além de testes físico-mecânicos, como, absorção de água, porosidade aparente, retração de secagem, retração de queima em temperaturas diferentes e tensão de ruptura à flexão. Os testes demonstraram que o menor índice de porosidade ocorreu com adição de 20% de chamote a uma queima de 1050 C. E o maior índice de porosidade foi com 30% chamote, a uma queima de 950 C. Todos os outros valores de porosidade aparente encontrados estiveram dentro do máximo permitido que é de 35% para produtos de cerâmica vermelha queimados a uma temperatura de 950 C e de 30% para uma temperatura de 1250 C. A melhor condição de absorção de água encontrada foi com adição de 20% chamote e a uma queima de 1050 C. A condição mais desfavorável de absorção de água foi com adição de 30% chamote, a uma queima de 950 C. Todas as outras amostras resultaram em valores dentro do recomendado pelo Instituto de Pesquisa Tecnológica - IPT (SANTOS, 1989) que para blocos cerâmicos é de 20%. Como resultado dos ensaios de densidade, todas as amostras estiveram dentro do valor máximo permitido para a cerâmica vermelha segundo o IPT (SANTOS, 1989) que é abaixo de 2,7%. As duas maiores densidades ficaram com adição de 20% de chamote a uma queima de 1000 C e outra de 1050 C. A menor retração registrada foi para adição de 10% e 20% de chamote. Todas as amostras analisadas estão dentro do limite aceitável de retração de secagem a 105 C para cerâmica vermelha que é de 6% (SANTOS, 1989). Nos resultados de pesquisa de BETINI (2007) todas as amostras estavam com o índice de contração inferior a 12% que é o recomendado segundo ABCERAM (2007) para contrações lineares após a queima. Quanto a resistência desse material, a melhor tensão de ruptura a flexão ocorreu com a adição de 10% chamote a uma temperatura de queima de 1050 C. E a menor tensão de ruptura a flexão ocorreu com a adição de 30% chamote a uma temperatura de 950 C. 39

54 Portanto, conclui-se que os trabalhos, em geral, foram realizados com incorporação de resíduos a fim de encontrar possibilidades de melhoraria nas propriedades tecnológicas das peças. Percebe-se também que a literatura dispõe de poucas informações a respeito de estudos realizados somente com as argilas do município, isto é, sem incorporação de outros tipos de materiais. Sendo assim, este trabalho se propõe a fazer este estudo a fim de publicar mais informações referentes às análises químicas, físicas, mineralógicas, e propriedades tecnológicas do material. 40

55 CAPÍTULO 3 MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS UTILIZADOS A matéria-prima foi cedida pela empresa Menegalli, situada no município de São Miguel do Guamá-PA e tem sua produção voltada principalmente para a fabricação de telhas e tijolos. As nomenclaturas adotadas para identificar os materiais são: AFO para designar Argila Forte, AFR denominada de Argila Fraca. A Figura 3.1 (a) apresenta-se como a Argila Forte e a (b) apresentam-se como a Argila Fraca, ambas armazenadas em galpões separados. (a) (b) Figura Matéria-prima depositada nos galpões da empresa. (a) Argila forte, (b) Argila fraca. Após a coleta, os materiais foram encaminhados a Usina de Materiais (USIMAT) da Universidade Federal do Pará METODOLOGIAS EMPREGADAS A Figura 3.2 apresenta o fluxograma das etapas do procedimento experimental de todo trabalho. Cada etapa consistiu em: a) Beneficiamento das matérias-primas: secagem, desagregação e peneiramento das matérias-primas; 41

56 b) Caracterização das matérias-primas: matéria-prima in natura encaminhada para análise química, física e mineralógica; c) Formulação de massa argilosa: preparação das matérias-primas misturadas entre si e não misturadas para posterior prensagem. d) Conformação dos corpos de prova: material prensado e seco em estufa por 24h; e) Queima dos corpos de prova: peças queimadas em temperaturas de 850ºC, 950ºC e 1050ºC. f) Determinação das propriedades físicas e mecânicas da cerâmica: testes realizados com as peças queimadas. Alguns dos testes foram os de Absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, retração linear após queima e teste de flexão. g) Análise microestrutural: observação da morfologia dessas peças queimadas através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica (MO). Figura 3.2 Etapas do processo experimental do trabalho. 42

57 Beneficiamento das matérias-primas Seguindo a metodologia de SANTOS (1989), os materiais foram colocados em estufa a aproximadamente 110ºC por 24 horas e posteriormente foram desagregados manualmente com almofariz e pistilo e passados no moinho de bolas. Feito isto, os materiais foram peneirados em peneira com abertura de malha de 35 mesh (abertura 0,500 mm) para que pudesse tonar por iguais o tamanho dos grãos facilitando assim a compactação do material Caracterização das matérias-primas Esta etapa consistiu na determinação da composição mineralógica, química e características físicas das argilas. As características químicas foram determinadas com auxílio de técnicas de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) para a verificação dos teores de óxidos constituintes nas amostras. E outras como: análise granulométrica das amostras para se definir a sua influência na granulometria; DRX, para determinação do grau de cristalinidade, identificação e quantificação das fases cristalinas e MEV, para identificação da microestrutura. No que concerne aos ensaios cerâmicos, com a execução destes, obteve-se resultados de retração linear de queima, absorção de água e tensão de ruptura à flexão em três pontos, com a finalidade de ser analisada a influência da mistura entre argilas em relação à temperatura de sinterização dos materiais produzidos Análise química A identificação dos componentes químicos deste estudo foi realizada em espectrofotômetro de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) em um espectrômetro Shimadzu, modelo EDX-700 no laboratório de Pesquisa e Análise de Combustíveis da Universidade Federal do Pará. Esta análise tem por finalidade apresentar o percentual dos elementos químicos presentes em cada material coletado. 43

58 Difração de raios-x A difração de raios X (DRX) foi realizada no laboratório de difração de raios X do Programa de Pós-graduação da Física - UFPA, onde o ensaio se deu em amostras na forma de pó em difratômetro da Bruker, modelo D8- Advance, operando a 40 kv e 40 ma e com um comprimento de onda λcukα = 1,54Å. As amostras foram examinadas em um intervalo de 2θ entre 5-75, com um passo angular de 0,02 e tempo por passo 0,2s Distribuição de tamanho de partícula A distribuição de tamanho de partícula foi realizada no Laboratório de Engenharia Civil da UFPA. O método utilizado foi de acordo com a norma NBR 7181 (1984). Ocorreu que no ensaio de sedimentação as matérias-primas foram passadas em peneira de 200 mesh e baseando-se na Lei de Stokes (Equação 3.1), onde a velocidade terminal de sedimentação depende do tamanho da partícula e viscosidade do fluido determinado. A velocidade foi definida por: V = 2 f gd 18 (3.1) Onde: V= velocidade terminal (m/s); g= é gravidade (m/s²); d= representa diâmetro esférico equivalente da partícula (m); ρ= massa específica do material (kg/m³); ρ f = representa massa específica do fluido (kg/m³); = viscosidade dinâmica do meio fluido (N.s/m²). No método de peneiramento as amostras foram inicialmente passadas por um peneiramento mais grosseiro (até a peneira de 2 mm 10 mesh) e posteriormente por um peneiramento mais fino (até a peneira de 0,075 mm 200 mesh). 44

59 Preparação das massas argilosas Para a preparação das massas, a metodologia teve a seguinte sequência: 1. Primeiramente as matérias-primas foram desagregadas manualmente e secas na estufa de modelo DIMATE à 105ºC ± 5ºC por 24 h; 2. Após a desagregação, cada material passou pelo processo de moagem no moinho de bolas da marca WORK 1NDEX, Série 005, por 30 min, com o objetivo de deixar o material com partículas homogêneas. Posteriormente o material foi passado em peneira de 35 mesh. A Figura 3.3 apresenta o equipamento utilizado para moagem. Figura 3.3 Moinho de bolas utilizado para homogeneizar a massa argilosa. A Tabela 3.1 apresenta as composições formuladas com as respectivas porcentagens das matérias-primas utilizadas. Tabela Composição em peso das matérias-primas utilizadas. Composições Matérias-primas (% em peso) Argila Forte Argila Fraca AFO AFR AFO50FR AFO30FR Cada composição ficou assim identificada: - AFO100: Argila Forte; 45

60 - AFR100: Argila Fraca; - AFO50FR50: cinquenta por cento de argila forte mais cinquenta por cento de argila fraca; - AFO30FR70: trinta por cento de argila forte mais setenta por cento de argila fraca. Poucos dados são observados na literatura sobre testes mecânicos realizados em cerâmica vermelha a partir da formulação de somente massa argilosa do município de São Miguel do Guamá, em virtude disso, este trabalho procurou apresentar a melhor proposta de formulação que vai desde as argilas sem misturas até ambas misturas entre si Plasticidade O ensaio de plasticidade foi realizado no Laboratório de Engenharia Civil (LEC) para todas as formulações citadas acima. Determinou-se a plasticidade através da determinação dos limites de Atterberg de acordo com as normas da ABNT NBR-7180 (ABNT, 1984a) e ABNT NBR-6459 (ABNT, 1984b). O índice de plasticidade (IP) de Atterberg é dado pela seguinte equação: IP = LL - LP (3.2) em que: IP= índice de plasticidade; LL= limite de liquidez; LP= limite de plasticidade. O Limite de Liquidez trata-se do máximo peso de água que pode ser adicionado a massa e que permite que essa massa quando separada por uma ranhura se una novamente após 25 golpes no aparelho Casagrande. Já o Limite de Plasticidade é o mínimo de água que pode ser adicionado a massa e que permite que essa massa seja moldada em cilindros de 3 a 4mm de diâmetro e 15 cm de comprimento. 46

61 Conformação dos corpos de prova Depois da moagem e peneiramento, o material foi umedecido com até 10% de água, acondicionado em sacolas plásticas e deixado em repouso por 24h para assegurar a homogeneidade da umidade nas massas. Obtida as massas homogêneas, foram confeccionados corpos de prova em matriz de aço com 80g de massa e dimensões exigidas pela NBR de aproximadamente 10,0 x 5,0 x 1,0 cm. Foram confeccionados um total de 120 corpos de prova, isto é, análise de 10 corpos de prova para cada composição e em cada temperatura. Para esta conformação utilizou-se uma prensa hidráulica manual Karl Kolb scientific technical Suplies D-6072 de fabricação alemã com uma prensagem uniaxial de 100KN. A Figura 3.4 apresenta o equipamento de prensagem e a matriz de conformação das massas argilosas. (a) (b) Secagem dos materiais Figura 3.4 Prensa hidráulica (a) e matriz de aço (b). Depois da etapa de conformação os 120 corpos de prova foram colocados na estufa para secagem onde permaneceram por 24h a uma temperatura de 105ºC ± 5ºC. Retirados da estufa, todos os cps foram pesados e medidos para o cálculo da retração linear de secagem. 47

62 Queima e ensaios dos materiais A queima dos corpos de prova foi realizada nas temperaturas de 850, 950 e 1050ºC em forno do tipo mufla, Elebttro Lim Elektro Therm, de temperatura até 1300 C. A escolha dessas temperaturas para o referido estudo está embasada em outros artigos publicados que se referem a testes mecânicos realizados em cerâmica vermelha para fabricação de blocos de vedação por extrusão. A Figura 3.5 mostra os corpos de provas (cps) após a queima. O resfriamento das peças se deu por convecção natural. Figura Alguns cps após o processo de queima Determinação das propriedades dos materiais cerâmicos Depois da sinterização de todos os corpos de prova, foram realizados os ensaios para se determinar as propriedades, tais como: a) Porosidade Aparente (%); b) Absorção de Água (%); c) Massa Específica Aparente (g/cm 3 ); d) Retração linear de secagem e queima (%); e) Determinação da tensão de ruptura a flexão. As metodologias usadas para se obter tais propriedades foram baseadas nas metodologias de SANTOS (1989), NBR :2005 e ABNT (1984b). a) Porosidade aparente 48

63 A medida da porosidade aparente foi determinada através da Equação 3.3: M M u s PA % 100 M M u i (3.3) em que: M u= massa úmida em g, M s= massa seca em g, M i = massa imersa em g. b) Absorção de água A medida da absorção de água foi efetuada através da seguinte Equação 3.4: M M u s AA % 100 M s (3.4) a saber : M u = massa úmida em g e M s = é a massa seca em g. c) Massa Específica Aparente (MEA) A massa específica aparente foi calculada através da Equação 3.5: g Ms L 3 MEA cm M M u i (3.5) onde: M u = massa úmida em g; M s= massa seca em g; M i = massa imersa em g; L = massa específica da água em g/cm 3 Para os ensaios de Porosidade Aparente (item a) e Absorção de Água (item b), utilizou-se uma balança de precisão de marca: EVEN, modelo: BL-320AB-BI para se obter a massa do corpo seco. Logo após, os corpos de prova foram colocados em um 49

64 recipiente com água fervente por duas horas. Depois deste período, foi determinada a massa úmida, retirando sempre a água em excesso da peça. Por fim, colocou-se a balança em um aparato de madeira conjuntamente com uma haste feita de aço servindo como suporte para a pesagem do corpo de prova que agora seria imerso em água. d) Retração linear de queima (%) As dimensões das peças secas sinterizadas foram medidas com o auxílio de um paquímetro metálico marca DISMA (resolução ± 0,05 mm). Posteriormente foi calculada a retração das peças queimadas através da Equação 3.6: LS Lq RLq % = 100 L S (3.6) tem-se: RLq = Retração Linear de queima = Comprimento da peça após secagem = Comprimento da peça após queima e) Determinação da tensão de ruptura a flexão De acordo com a ABNT NBR : Componentes cerâmicos, a tensão mínima de ruptura a flexão para blocos cerâmicos de vedação é de 1,5 MPa. Abaixo a Figura 3.6 apresenta o esquema do equipamento onde é realizado o ensaio de flexão, biapoiado, com aplicação de uma carga concentrada no ponto médio do vão livre. Figura 3.6 Apresentação de como é realizado o ensaio de flexão. Fonte: BETINI (2007). 50

65 equação 3.7: O cálculo para se obter os resultados de tensão de ruptura a flexão obedece a = x 3 az. y (3.7) 2. bh. rf 2 rf = tensão de ruptura à flexão após queima (MPa); A = força aplicada; b = largura do corpo de prova; h = altura do corpo de prova; X = distância entre o eixo e a extremidade da prensa; Y = distância entre o ponto de apoio do corpo de prova e a extremidade da prensa. Z = distância entre o ponto de apoio do corpo de prova Avaliação microestrutural A avaliação microestrutural das cerâmicas queimadas foi realizada por Microscopia Ótica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) após a seleção das amostras. A investigação das fases cristalinas formadas durante a sinterização foi realizada por difração de raios X, através dos procedimentos citados anteriormente Microscopia ótica (MO) As peças sinterizadas foram preparadas com lixa de até nº As amostras de temperaturas de 850, 950 e 1050ºC foram avaliadas em microscópio ótico Nikon Eclipse LV Microscopia eletrônica de varredura (MEV) A análise por MEV foi realizada no Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pará. Para tal análise foi utilizado um microscópio Hitachi Analytical TableTop, Modelo SEM TM Difração de raios X A difração de raios X foi realizada para a determinação das fases presentes após a queima das peças. A metodologia empregada foi descrita no item

66 CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS Caracterização mineralógica Difratometria de raios X das argilas As Figuras 4.1 e 4.2 apresentam o difratograma das Argilas Forte e Argila Fraca, respectivamente. O resultado da Figura 4.1 mostra fases cristalinas presentes como a caulinita, quartzo, mica muscovita e anatásio. Os picos predominantes são referentes à caulinita (Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O) e ao quartzo (SiO 2 ). Os picos de quartzo (Q) são evidenciados por sua intensidade; isto é, devido ao alto grau de cristalinidade em relação à caulinita e não à sua concentração em si. Figura Difratograma de raios X da Argila Forte. C = caulinita; Q = quartzo; Mu = mica muscovita; A= anatásio. 52

67 Figura Difratograma de raios X da argila fraca. C = caulinita; Q = quartzo; Mu = mica muscovita; A = anatásio. Estudos realizados por LIMA (2000) e MACÊDO et al. (2011) com argilas da região de São Miguel do Guamá revelaram que as fases cristalinas presentes também eram semelhantes às fases encontradas nas argilas utilizadas nesse estudo. Percebe-se então que os picos mais intensos também foram referentes ao quartzo e a caulinita indicando que este último é o principal argilomineral que compõe as argilas. A caulinita é o argilomineral responsável pelo desenvolvimento da plasticidade da argila em mistura com a água (SOUZA, 2007). As argilas tipicamente cauliníticas, como as de São Miguel do Guamá, apresentam como principal característica elevada refratariedade (VIEIRA et al., 2004). Desta forma, essa característica permite que temperaturas em torno de 1200 a 1350ºC sejam consideradas normais, em aplicações específicas de materiais refratários e porcelanas (ABAJO, 2000). Quanto ao quartzo presente na argila, é atuante como matéria-prima não-plástica e inerte durante a sinterização. Já o anatásio (TiO 2 ) cristaliza no sistema tetragonal, possuindo cor e brilho variáveis. Os grãos de anatásio possuem pequena translucidez e cores variando do amarelado ao cinza, com índice de refração acima de 2,5 (BALTAR et al., 2008). Possuindo uma textura lamelar, a mica muscovita (K 2 O.3Al 2 O 3.6SiO 2.2H 2 O) pode atuar como fundente já que em sua estrutura existe a presença de óxido alcalinos (RIBEIRO, 2010). 53

68 Quanto a diferença na intensidade dos picos apresentados tanto na Figura 4.1 quanto na Figura 4.2, isso se deve pela intensidade do pico que é diretamente proporcional à concentração dos elementos presentes na amostra, e como a Argila Fraca apresentou maior quantidade de sílica (SIO 2 ) em sua composição, obteve-se assim neste difratograma picos de maiores intensidades, como os do quartzo por exemplo (MARIANI, 2013) Caracterização química Fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) A análise química foi realizada com o objetivo de avaliar os teores de cada elemento presentes nas duas amostras representativas da região de São Miguel do Guamá. Análise como esta é de suma importância porque serve como complemento para as outras análises já realizadas, sem contar que não causa destruição total ou parcial do material. A Tabela 4.1 apresenta a composição química (expressa em termos do percentual em óxidos equivalentes) e perda ao fogo das amostras. Diante dos resultados da caracterização, verifica-se a similaridade da composição química entre as duas argilas estudadas. A sílica e a alumina como óxidos predominantes, associados, sobretudo, aos aluminosilicatos como o mineral argiloso e a mica muscovita. Tabela Composição química das matérias-primas estudadas (% em peso). Composições Matérias-primas Argila Forte Argila Fraca SiO 2 59,03 66,39 Al 2 O 3 26,75 18,74 Fe 2 O 3 9,09 7,75 K 2 0 3,31 4,36 TiO 2 1,80 1,63 CaO - 0,97 MnO - 0,14 PF 12,19 5,38 Segundo SANTOS (1989) existem algumas argilas que apresentam um teor de alumina maior que 39,8%, ou seja, é um valor que caracteriza um material altamente aluminoso. E na análise obtida, apesar dos valores de alumina apresentados tanto pela 54

69 Argila Forte e Argila Fraca serem inferiores a 39,8% a porcentagem ainda é considerado elevado e confere a essas argilas um caráter refratário (SANTOS, 1989). Ainda, pôde-se observar que a Argila Forte e Argila Fraca apresentaram um elevado teor de óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) que confere cor avermelhada aos blocos de vedação quando submetidas a um tratamento térmico. Quanto a presença de óxidos fundentes, pode-se considerar que os valores apresentados por essas argilas são valores traços para CaO e porcentagem relativamente alta para e K 2 O. A escassez desses óxidos fundentes (K 2 O, Na 2 O) dificulta o processo de formação de fase líquida, necessária para uma melhor densificação das cerâmicas após a sinterização (TAGUCHI et al., 2014). Referente à perda ao fogo (PF) das argilas estudadas, isso acontece devido à eliminação de água dos argilominerais, desidratação de hidróxidos e oxidação da matéria orgânica (CANDIDO, 2012). E essas perdas podem ser observadas nas duas amostras do material argiloso, porém com maior perda para a Argila Forte, que é considerado um material plástico (caulinito-ilíticas) onde os componentes principais são os argilominerais (silicatos hidratados de alumínio), matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio. De maneira geral, segundo SANTOS (1989) os resultados dos elementos presentes nas duas amostras confirmam a qualidade do material para a produção de cerâmica vermelha como as telhas e tijolos por exemplo Caracterização física Distribuição de tamanho de partículas das matérias-primas A Figura 4.3 apresenta a curva de distribuição de tamanho de partículas da Argila Forte (AFO) e Argila Fraca (AFR). De acordo com a classificação da International Society of Soil Science a fração argila está associada com partículas de tamanhos inferiores a 0,002 mm. Na amostra analisada, nota-se que o teor de fração argila na Argila Forte é igual a 14,24% e para a Argila Fraca é igual a 7,12%. A fração silte compreende partículas com tamanho entre 0,002 e 0,02 mm e o percentual dessa fração na Argila Forte é igual a 45,94% e para a Argila Fraca é igual a 47,68%. A fração areia compreende partículas com tamanho superiores a 0,02 mm e o percentual dessa fração na Argila Forte é igual a 39,82% e para a Argila Fraca é igual a 45,20%. 55

70 No intervalo menor que 0,002 mm a Argila Forte apresenta maior porcentagem desse diâmetro de partículas e como os argilominerais, responsáveis pela plasticidade, estão associados a este intervalo, a maior plasticidade dessa argila pode ser justificada quando comparada a Argila Fraca (ABAJO, 2000; SANTOS, 1989). Figura Curva de distribuição de tamanho de partículas das argilas PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS Plasticidade De acordo com ALMEIDA (2009), a plasticidade é uma propriedade muito importante das argilas, é indispensável aos processos de conformação e necessária para confecção de diversos produtos finais. Segundo CAPUTO (1994) o Índice de Plasticidade nas amostras de solo pode ser classificado como fracamente plástica (1% < IP < 7%), mediamente plástica (7% < IP < 15%) e altamente plástica (IP > 15%). Ainda, se o Limite de Plasticidade estiver entre 15-25% e o Índice de Plasticidade estiver entre 10-35%, a argila é considerada apropriada para moldagem por extrusão. (SANTOS, 1989; CAMPOS et al. 1999; VIEIRA, HOLANDA e PINATTI 2000). Os limites de Atterberg das composições estão apresentados na Tabela 4.2, onde o Limite de Plasticidade (LP) indica a quantidade mínima de água que deve ser adicionada à massa cerâmica para haja conformação dessa massa. O Limite de Liquidez (LL) indica a quantidade máxima de água que a massa cerâmica pode conter para que 56

71 ainda possa ser moldada. Já o Índice de Plasticidade (IP) representa a diferença em entre LL e LP indicando assim a faixa de consistência plástica da massa. A Tabela 4.2 apresenta os resultados da plasticidade das composições estudadas neste trabalho. Composições Tabela Limites de Atterberg das amostras. Limite de Plasticidade (%) Limite de Liquidez (%) Índice de Plasticidade (%) AFO100 35,64 57,94 22,30 AFR100 30,66 41,49 10,83 AFO50FR50 20,59 41,40 20,81 AFO30FR70 23,96 37,88 13,92 Os testes realizados (NBR 6459/7180) com as composições mostraram que o IP situou-se entre 10,0 e 22,0%, ou seja, verifica-se que os valores obtidos estão dentro dos intervalos observados para cerâmica vermelha. Analisando as composições de forma isolada, a AFO100 e a AFO50FR50 foram consideradas altamente plásticas, pois seus IP s foram superiores a 15%. Abaixo deste índice ficaram as composições de AFR100 e AFO30FR70, com 10,83% e 13,92% respectivamente Absorção de água A Figura 4.4 apresenta o comportamento da absorção de água das peças cerâmicas sinterizadas. Observa-se que nas temperaturas de 850ºC, 950ºC e 1050 ºC não houve índice de absorção de água superior a 22% o que é estabelecido pela NBR /2005, no entanto, percebe-se que a composição de Argila Forte (AFO100) sinterizadas em temperatura de 850ºC foi a que apresentou o maior índice de absorção de água. Isso acontece porque as reações de sinterização ainda estão em estágio inicial, com isso as transformações de fases, que começam a ocorrer nessa primeira temperatura, podem causar um aumento de porosidade culminando em aumento na absorção de água (VIEIRA et al., 2009). Já na segunda temperatura (950ºC) houve uma pequena redução de absorção em relação à temperatura de 850ºC. Por fim, na terceira temperatura (1050ºC) o índice de absorção de água teve uma redução significativa, isso acontece 57

72 porque em temperaturas mais elevadas o processo de vitrificação das peças são maiores, ou seja, com a peça mais compactada menor será o nível de absorção de água. A composição de Argila Fraca (AFR100) apresentou um nível de absorção de água de 17,39% para a temperatura de 850ºC e 17,51% para a temperatura de 950 ºC. Logo, é possível perceber que não ouve mudança significativa do nível de absorção de água em ambas as temperaturas, porém, em temperaturas mais elevadas como a de 1050ºC, por exemplo, o nível de absorção foi menor. Posteriormente analisou-se a composição de Argila Forte mais Argila Fraca (AFO50AFR50) e foi observado que nas duas primeiras temperaturas (850ºC e 950ºC) o índice de absorção de água foi praticamente o mesmo, isto é, ambos permaneceram em torno de 17%. Para as peças dessa mesma composição sinterizadas a 1050ºC, este índice ficou em torno de 13%. Quando a composição foi analisada com de 30% de Argila Forte e 70% de Argila fraca (AFO30AFR70) verificou-se que tanto para a primeira temperatura quanto para a segunda temperatura (850ºC e 950ºC) o índice de absorção foi o menor em relação a todas as outras composições analisadas. Para a temperatura de 1050ºC a absorção também seguiu a tendência de ser menor e esses valores mais baixos estão associados à formação de fases líquidas que contribuem para a diminuição de porosidade da cerâmica (MONTEIRO e VIEIRA, 2004). Figura Absorção de água das cerâmicas nas temperaturas de queima (850, 950 e 1050ºC). 58

73 Porosidade Aparente (%) De maneira geral, os melhores resultados para absorção de água foram obtidos na temperatura de 1050ºC, isso acontece devido melhor formação de fase líquida nesta temperatura. Ocorre que quanto maior a temperatura mais os grãos tendem a coalescer, isto é, os grãos se unem e permitem a diminuição da presença dos poros culminando assim em menor absorção de água. Porém, vale ressaltar que as indústrias do município de São Miguel do Guamá utilizam um patamar de queima de até 950ºC para os blocos de vedação, levando isso em consideração, pode-se dizer que para esta mesma temperatura todas as composições ficaram dentro das normas exigidas pela NBR /2005, porém a que mais se distanciou do nível de 22% de absorção foi à composição AFO30AFR Porosidade aparente Conforme sugerido por SANTOS (1989) as porosidades abaixo dos valores máximos de 35% para uma temperatura de 950 C e 30 para uma temperatura de 1250 C podem ser considerados parâmetros aceitáveis para cerâmica vermelha. A Figura 4.5 apresenta a porosidade de cada composição quando submetida às temperaturas sugeridas C 950 C 1050 C ---35% Limite Máx AFO100 AFR100 AFO50AFR50 AFO30AFR70 Composições Figura Porosidade das cerâmicas. 59

74 Os dados obtidos mostram que as peças de cerâmicas mais porosas estão concentradas nas duas primeiras temperaturas, ou seja, entre 850 e 950 C. Isso acontece provavelmente pelo não fechamento dos poros existentes nas peças. Por se tratar de argilas de características refratárias, o processo de sinterização nestas duas temperaturas não ocorre de forma tão eficiente, daí o melhor resultado obtido ter sido na temperatura maior (1050 C). Nota-se que a composição de Argila Forte (AFO100) praticamente alcançou o limite máximo de porosidade com a queima de 850 C, logo, é um resultado que pode implicar diretamente para a má qualidade na resistência do material. Já as composições de AFR100, AFO50AFR50 e AFO30AFR70 apresentaram um nível de porosidade menor. Para a temperatura de 950 C todas as composições ficaram abaixo do limite máximo estabelecido, sendo que a AFO30AFR70 foi que apresentou menor nível de porosidade nas peças sinterizadas. Para temperaturas mais elevadas, como a de 1050ºC, as reações de sinterização estão em estágio avançado, o que causa maior densificação e coesão das partículas promovendo uma melhora significativa na resistência mecânica (GOUVEIA, 2008). Por isso percebe-se que para esta temperatura as peças ficaram mais resistentes, com exceção da composição AFO30AFR70 que apresentou uma redução na resistência mecânica. Esse comportamento pode ser explicado pelos teores mais elevados de sílica na composição, logo, há uma tendência ao aumento da porosidade, devido principalmente à transformação de mulita e a liberação de mais sílica livre, como pode ser acompanhada pela difratometria de raios x das argilas Massa específica aparente (MEA) A densidade máxima permitida para a cerâmica vermelha fica abaixo de 2,7% (SANTOS, 1989). Os dados obtidos revelam que todas as amostras estiveram dentro do valor permitido, porém as duas maiores densidades ficaram com as composições AFO100 e AFO30AFR70 com 1,95% e 1,93% a uma queima de 1050 C, respectivamente. A Figura 4.6 apresenta Massa Específica Aparente (MEA) de cada composição. 60

75 Densidade (%) 3,5 3,0 850 C 950 C 1050 C Dens. Máx. 2,7% 2,5 2,0 1,5 1,0 AFO100 AFR100 AFO50AFR50 AFO30AFR70 Composições Figura Massa Específica Aparente (MEA). O aumento na massa especifica dessas amostras indica que os corpos de prova apresentam um melhor empacotamento das partículas durante a etapa de conformação. Esse melhor empacotamento pode ser benéfico porque acaba contribuindo para uma melhor consolidação das partículas na etapa de queima, e consequentemente melhorando as propriedades tecnológicas (CANDIDO, 2012) Retração linear de queima Segundo Associação Brasileira de Cerâmica (2013) o limite máximo de retração linear de peças sinterizadas deve ser inferior a 12%. Pode-se observar que na Figura 4.7 está apresentada a retração linear de queima das cerâmicas em função das temperaturas estudadas. Analisando todas as composições na temperatura de 850ºC percebe-se que não houve um elevado índice de retração linear das peças cerâmicas. Porém, vale ressaltar que a composição AFO100 apresentou uma retração mais elevada do que as outras, isto é, retraiu cerca de 6%. Isso acontece devido este material ser mais plástico (menor teor de sílica) do que o outro material sugerido neste estudo (AFR100). Quando estas mesmas composições foram submetidas à temperatura de 950ºC percebeu-se que houve uma leve retração, mas não significativo, dentro de um erro estatístico. 61

76 Retração Linear de Queima (%) Para a temperatura de 1050ºC as retrações lineares se apresentaram com um comportamento mais elevado, ou seja, indicando que a partir dessa temperatura as peças começam a sofrer vitrificação diminuindo a porosidade promovendo aproximação das partículas (VIEIRA, 2004). Pode-se perceber que para as composições de AFO100 e AFO50AFR50 a retração foi maior devido a presença de material plástico (argila com teor de sílica inferior a 12%), logo, quanto mais elevada a temperatura, maior a retração dessas peças. Já as composições AFR100 e AFO30AFR70 tiveram uma retração inferior em relação às composições citadas anteriormente. Esse comportamento pode estar relacionado a granulometria mais grosseira desse material (argila com teor de sílica superior a 15%) que reduz a cinética de sinterização e, além disso, por apresentar menor perda ao fogo (ACCHAR, 2006). Por isso, quando se eleva o patamar de queima deste material para 1050ºC, percebe-se que há um aumento na retração, porém, permanecendo dentro dos parâmetros estipulados pela norma MB-305 ABNT/1984e C 950 C 1050 C AFO100 AFR100 AFO50AFR50 AFO30AFR70 Composições Resistência à flexão Figura Retração linear pós queima das peças. O conhecimento da resistência mecânica de um material é importante para verificar se o produto final atenderá as especificações exigidas pelas normas e não sendo diferente para comercialização dos materiais cerâmicos, a tensão de ruptura à 62

77 flexão (Trf) é um parâmetro indicativo da resistência mecânica desses produtos acabados. A mesma é capaz de indicar a capacidade que a peça tem de suportar esforços exercidos por cargas que possam levar a sua ruptura, esmagamento ou quebra. De acordo com a ABNT NBR : Componentes cerâmicos, a tensão mínima de ruptura após a queima para blocos cerâmicos comerciais de vedação e estrutural é de 1,5 e 3,0 MPa respectivamente. Segundo Moreira, Freire e Holanda (2003) a resistência mecânica especificada para fabricação de tijolos maciços é de 2,0 MPa, para blocos cerâmicos é de 5,5 MPa e para telhas é de 6,5 MPa. A Figura 4.8 apresenta a resistência à flexão das cerâmicas em função das temperaturas de queima. Todas as composições queimadas na temperatura de 850ºC apresentaram valores acima de 1,5 MPa alcançando uma resistência de até 6,85 MPa. Entretanto, vale observar que a composição de AFO30AFR70 é a que apresenta a menor resistência nesta temperatura e essa redução se deve provavelmente pelas partículas mais grosseiras, constituídas na Argila Fraca, que atuam como ponto de concentração de tensão (VIEIRA et al., 2009). Já na temperatura de 950ºC houve um aumento da resistência em relação à temperatura 850ºC e isso provavelmente acontece pelo início da formação de fase líquida que diminui a porosidade do material contribuindo assim para uma melhor resistência (PINHEIRO, 2010). Entretanto, vale ressaltar que as maiores resistências ficaram com as composições em que há mistura do material tanto de Argila Forte com Argila Fraca. Observou-se que trabalhando na fabricação de tijolos sem mistura alguma, ou seja, apenas de AFO100 e AFR100 a resistência ficou menor, em torno de 5 MPa. De acordo com a ABNT NBR /2005, 1,5 MPa é o valor mínimo aceitável de resistência mecânica para a fabricação de tijolos (blocos de vedação). E os valores obtidos dos testes, indicam que todas as composições queimadas nas três temperaturas são indicadas para produção desses produtos. 63

78 Ruptura em flexão (MPa) C 950 C 1050 C ---- Tensão mínima de ruptura a flexão AFO100 AFR100 AFO50AFR50 AFO30AFR70 Composições Figura 4.8 Resistência à flexão em três pontos MICROESTRUTURA DAS CERÂMICAS QUEIMADAS Microscopia ótica (MO) A Figura 4.9, 4.10 e 4.11 apresenta as micrografias de cada composição queimadas a 850ºC, 950 e 1050ºC respectivamente. Percebe-se que todas as peças apresentam uma cor avermelhada devido à presença de óxidos de ferro presentes nas argilas conforme já foi indicado na composição química. Além disso, a presença de mica (circulo branco) pode ser notada, partículas de cor preta indicando provavelmente compostos de ferro (setas preta), partículas avermelhadas, provavelmente hematita (setas brancas) proveniente possivelmente da desidratação do hidróxido de ferro (VIEIRA e MONTEIRO, 2002). Segundo VIEIRA (2004) o quartzo pode atuar como partícula inerte e se tornar ponto de concentração de tensão, ocasionando o surgimento de trincas que podem comprometer a resistência do material. Contudo, nessas micrografias, não foram observadas influências negativas dessas partículas sobre o material queimado. 64

79 (a) (b) (c) (d) Figura Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 850ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30AFR70. Aumento: 100x. (a) (b) (c) (d) Figura Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 950ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30AFR70. Aumento: 100x. 65

80 (a) (b) (c) (d) Figura Micrografias de MO das cerâmicas sinterizadas a 1050ºC. (a) AFR100; (b) AFO100; (c) AFO50AFR50; (d) AFO30%AFR70. Aumento: 100x Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) As Figuras 4.12, 4.13, 4.14 e 4.15 apresentam as micrografias obtidas por MEV das regiões de fraturas das cerâmicas queimadas a 850ºC, 950ºC e 1050ºC. Segundo VIEIRA e MONTEIRO (2007) as cerâmicas vermelhas queimadas em temperaturas inferiores a 970ºC não apresentam uma consolidação estrutural eficiente apresentando assim regiões de porosidade e rugosidade, por isso ficou perceptível que nas duas primeiras temperaturas (850ºC, 950ºC) a morfologia da região da fratura das peças apresentou-se mais grosseira e rugosa. Já temperatura de 1050ºC consegue-se perceber áreas mais lisas, grãos mais unidos e isso se deve provavelmente a formação de fase líquida. 66

81 (a) (b) (c) Figura Micrografias de MEV da formulação AFO100 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c). 67

82 (a) (b) (c) Figura Micrografias de MEV da formulação AFR100 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c). 68

83 (a) (b) (c) Figura Micrografias de MEV da formulação AFO50AFR50 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c). 69

84 (a) (b) (c) Figura Micrografias de MEV da formulação AFO30AFR70 queimada a 850ºC (a), 950ºC (b), 1050ºC (c) Difração de raios X Neste tópico será explicado apenas os resultados obtidos da composição AFO100, isto porque as outras composições apresentaram comportamento semelhante em função das temperaturas estudadas. 70

85 Os difratogramas de raios X da composição AFO100 queimada a 850ºC, 950 e 1050ºC estão apresentados nas Figuras 4.16, 4.17 e 4.18, respectivamente. Observando a composição AFO100 na temperatura de 850ºC, obteve-se como resultado as fases cristalinas de quartzo, mica muscovita e hematita. A caulinita não apareceu como fase cristalina nesta temperatura, por ser a etapa em que perde sua água de constituição e se transforma em metacaulinita, uma fase amorfa (CANDIDO, 2012). Em temperatura de 950ºC, como pode ser observado na Figura 4.17 apresentou as mesmas fases cristalinas que a primeira temperatura (850ºC). Esse resultado demonstra que não houve mudança de fase entre as duas primeiras temperaturas (850ºC e 950ºC, respectivamente). Analisando em temperatura de 1050ºC, da Figura 4.18, além das fases observadas a 850ºC e 950ºC, nota-se a presença de mulita, que é uma fase cristalina da metacaulinita, aluminosilicato comum em argilas cauliníticas queimadas nessa temperatura (VIEIRA et al., 2005). Figura Difratograma de raios X da composição argila forte queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. 71

86 Figura Difratograma de raios X da composição Argila Forte queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. Figura Difratograma de raios X da composição Argila Forte queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. As matérias-primas utilizadas para as composições das massas argilosas apresentam-se de forma similar, por isso são encontradas fases semelhantes em todas as formulações estudadas. Por isso, o que se tem nas argilas da região de São Miguel do Guamá são matérias-primas com predominância do argilomineral caulinita, que confere boa plasticidade e conseqüentemente, amplo aproveitamento nas indústrias de cerâmica da região. 72

87 Os estudos dessas formulações permitiram a disponibilização de maiores informações sobre as argilas do município de São Miguel do Guamá. Tem-se um trabalho com panorama mais geral sobre as características dessas argilas, bem como cada composição estudada se comporta mediante as exigências das normas regulamentadoras. Sucintamente pôde-se provar que a massa cerâmica sem mistura é tecnicamente viável quando se trata da resistência do material. Porém, provou-se que a mistura dos dois tipos de argila da região permite um melhor comportamento do material em todos os quesitos exigidos pela norma. 73

88 CAPÍTULO CONCLUSÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES Com base nos resultados obtidos neste estudo, pode-se afirmar que as massas argilosas, nas condições descritas nesse trabalho, permitiram as seguintes conclusões: - Os ensaios de caracterização das argilas in natura revelaram que elas são constituídas, sobretudo por caulinita, quartzo e mica muscovita. A Argila Forte (AFO100), ou seja, massa sem adição de outro tipo de massa argilosa apresenta como fases cristalinas predominantes a caulinita, quartzo, mica muscovita e anatásio. - Analisando a Argila Fraca (AFR100) que também não tem nenhum outro tipo de massa adicionada para sua formulação, a mesma apresentou fases cristalinas semelhantes as da Argila Forte. Logo, a presença de caulinita revelou que as argilas usadas são cauliníticas e que podem apresentar boa plasticidade. - A análise de DRX das composições sinterizadas apresentou fases cristalinas semelhantes, ou seja, Quartzo, Muscovita, Hematita e Mulita são fases predominantes desse material quando submetidas nessas temperaturas. - A microscopia ótica (MO) das peças sinterizadas revelou a presença de partículas associadas ao quartzo, mica e hematita, componentes presentes no DRX das argilas. - A análise por MEV mostrou que as temperaturas usadas não permitiram uma formação de fase liquida tão eficiente evidenciando uma granulometria grosseira. Além disso, foram observadas partículas que podem ter atuado como concentradores de tensão sendo ponto de nucleação de trincas. - A absorção de água em todos os testes não ultrapassou o limite estabelecido pela NBR / A retração linear de queima em todos os testes não ultrapassou o limite estabelecido pela MB-305 ABNT/1984e. - De acordo com a ABNT NBR : Componentes cerâmicos, a tensão mínima de ruptura após a queima para blocos cerâmicos comerciais de vedação e estrutural é de 1,5 MPa. Neste trabalho todas as composições estudadas apresentaram resultados acima do mínimo exigido. 74

89 - De acordo com os limites de Atterberg, todas as formulações estão dentro dos intervalos para produção de cerâmica vermelha, de 10 a 22%. Porém, acima de 15% já se pode considerar alto índice de plasticidade. Logo, as composições que se adequaram a este parâmetro foram a AFO100 e AFO50AFR50. - Todos os outros valores de porosidade aparente encontrados estiveram dentro do máximo permitido segundo SANTOS (1989), ou seja, todos permaneceram abaixo do índice de porosidade máximo permitido para produtos de cerâmica vermelha queimada a uma temperatura de 950 C que é de 35%. - Apesar da composição AFO100 atingir o limite da porosidade aparente, este resultado não comprometeu a resistência do material. O índice de retração linear de queima dessa composição foi a maior em relação às outras, chegou-se a 5,99% a temperatura de 1050 C. - De uma maneira geral a composição AFR100 apresentou-se dentro dos padrões exigidos pelas normas, porém, no que se refere ao índice de plasticidade dessa composição, o valor ficou abaixo de 15%, ou seja, considera-se um material com baixa plasticidade já que atingiu uma porcentagem de 10,83. - A composição AFO50AFR50 não ultrapassou e tão pouco se distanciou dos valores exigidos pelas normas referentes às propriedades mecânicas. Pode-se afirmar que é uma composição sugestiva para fabricação de blocos de vedação. - Diante dos resultados mecânicos, percebeu-se que todas as composições apresentaram-se, de certa forma, dentro dos parâmetros exigidos pela NBR. Porém o melhor comportamento mecânico ficou com composição AFO30AFR70, daí esta ser a formulação mais indicada para fabricação de blocos de vedação SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS - Estudos com inserção de resíduos; - Testar adição de fundentes nas massas argilosas; - Testar outros parâmetros de processo (temperatura de queima e tempo de queima) tendo como objetivo a redução de custo de produção. 75

90 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABAJO, M. P. Manual sobre fabricacion de baldosas tejas y ladrillos. Ed. Baralmar S.A., Terrassa, Espanha, p. 360, ALMEIDA, G S. Simulação e experimentação da secagem de cerâmica vermelha em sistemas térmicos industriais f. Tese (Doutorado em Engenharia) -- Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos. Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, PB, AMARAL, A. S. M. Secagem de materiais extrudados em um secador de convecção forçada utilizando argila do Estado do Pará. Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Pará, Belém, ANDRADE, F. L. F. Estudo da formulação de massas cerâmicas provenientes da região do Seridó-RN para fabricação de telhas. Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-graduação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT NBR 7181 Determinação da análise granulométrica dos solos. Rio de Janeiro, (1984c). ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT NBR 6459 Determinação do limite de liquidez: método de ensaio. Rio de Janeiro, (1984). ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT NBR 7180 Determinação de limites de plasticidade: método de ensaio. Rio de Janeiro, (1984c). ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA de NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 15270/2005: Componentes cerâmicos. Parte 1: blocos cerâmicos para alvenaria de vedação: terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, p. BARSOUM, M. W. Fundamentals of Ceramics, IOP Publishing, Ltd, BRAGANÇA, S. R., BERGMANN, C. P. Microestrutura e propriedades de porcelanas. Cerâmica, v. 50, pp , BRINDLEY, G. W., NAKAHIRA, M. New concept of the transformation sequence of kaolinite to mullite. Nature, v. 181, pp ,

91 BRUNORI, C. Reuse of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility. Journal of hazardous materials, B117, pp BORGERT, J.B. A Influência da Queima na Variação da Tonalidade de Revestimentos Cerâmicos. Cerâmica Industrial, v.4, pp. 1-6, BURKE, J. E. Lucalox Alumina: the Ceramic that Revolutionized Outdoor Lighting. Links of Science and Technology. MRS Bulletin, pp , CABRAL, E. M. Utilização de massas cerâmicas na produção de agregado sintético de argila calcinada para uso em concreto. Cerâmica, v. 54, pp CABRAL, JR. A Indústria de cerâmica vermelha e o suprimento mineral no Brasil: desafios para o aprimoramento da competitividade. Revista Cerâmica Industrial, v. 17, n. 1, CALLISTER, W.D. JR. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A. 9 ed CAMPOS, L. F. A.; de MACEDO, R. S.; KIYOHARA, P. K.; FERREIRA, H. C. Características de plasticidade de argilas para uso em cerâmica vermelha ou estrutural. Revista Cerâmica, 45 v., nº 295, CANDIDO, V. S. Utilização de argilito e chamote de blocos de vedação na composição de massa de pavimento intertravado cerâmico - adoquim. Dissertação de mestrado apresentado ao Centro de Ciência e Tecnologia, da Universidade Estadual do Norte Fluminense CANDIDO, V. S., PINHEIRO, R. M., MONTEIRO, S. N., VIEIRA, C. M. F. Desenvolvimento de adoquim cerâmico com argilas cauliníticas, chamote e argilito. Cerâmica, vol.59, nº , CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações fundamentais. Editora Fundamentos, v.1, Rio de Janeiro, CAVALCANTE, D. G. L. Identificação de mulita através da caracterização microestrutural de composições formados pela sinterização de resíduo de caulim, ball clay e alumina, In: 17º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 15-19,

92 CORDOVIL, GILBER VALÉRIO. Pólo cerâmico e dinâmica territorial do desenvolvimento em São Miguel do Guamá-PA, Belém. Dissertação de mestrado apresentado ao Programa de Pós-graduação em Geografia da Universidade Federal do Pará DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL - DNPM, O Universo da Mineração Brasileira A Produção das Minas no Brasil, Publicação realizada pela CDEM do Departamento Nacional de Produção Mineral, DONDI, M., MARSIGLI, M; FABRI, B. Recycling of industrial and urban wastes in brick production - A Review. Tile e Brick International, v. 13, nº3, pp (1997a). FERNANDES, F. R. C. Tendências Tecnológicas Brasil 2015: Geociências e Tecnologia Mineral. CETEM/MCT, FILHO, F. R. A Utilização do Rejeito Industrial Cerâmico - Chamote - como Fator de Qualidade na Fabricação de Elementos Cerâmicos: um Estudo Experimental. Cerâmica 43, pp , FILHO, S. O. RAMOS; MACEDO, R. S.; CARTAXO, J. M.; MENEZES, R. R; NAVARRO, L. N. L; NEVES, G. A. Caracterização de argilas usadas para cerâmica estrutural. Revista Eletrônica de Materiais e Processos. ISSN V 5.3, pp , MARIANI, F. Q., VILLALBA, J. C., ANAISSI, F. J. Caracterização Estrutural das Argilas Utilizando DRX com Luz Síncrotron, MEV, FTIR E TG-DTG-DTA. The Electronic Journal of Chemistry. ISSN V 5., n 4, FRANÇA, S. C. A., COUTO, H. J. B. Análise Microgranulométrica - Malvern e Sedigraph. In: Sampaio, J. A., França, S. C. A., Braga, P. F. A. (eds.), Tratamento de Minérios - Práticas Laboratoriais, pp , HILDEBRANDO, E. A., SOUZA, J. A. S., NEVES, R. F. Aplicação do rejeito do processo Bayer (lama vermelha) como matéria-prima na indústria de cerâmica estrutural - Estudos preliminares. Cerâmica, v. 44, n. 285/286, pp. 44, INSTITUTO BRASILEIRO de GEOGRAFIA e ESTATÍSTICA IBGE. Relatório Sócio Econômico

93 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA INT. Panorama da Indústria de Cerâmica Vermelha no Brasil KINGERY, B.U. Introduction to Ceramics. 2 Edition, New York, John Wiley, KIRSCH, H. Mineralogia Aplicada. São Paulo, Editora da Universidade de São Paulo, KUASOSKI, M. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Campus Ponta Grossa - Paraná - Brasil ISSN / v. 12, n. 03, p , LIMA. J.J. Estudo Geoeconômico e Tecnológico das Argilas utilizadas na Indústria Cerâmica dos Municípios de Irituia e São Miguel do Guamá, Nordeste do Pará, LOVELOCK, J. E. Gaia: a New Look at Life on Earth. London, Oxford University Press MACÊDO, E. N., SOUZA, J. A. S. Relatório Técnico do Projeto de Pesquisa: Desenvolvimento de Tecnologia com a Utilização de Resíduos da Indústria Mineral para Melhoria da Qualidade de Produtos de Cerâmica Vermelha Utilizados na Indústria de Construção Civil e no Artesanato do Estado do Pará. In: Faculdade de Engenharia Química, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil, MACÊDO, A. N. Comportamento de blocos cerâmicos estruturais produzidos a partir da mistura de lama vermelha e argila. Ambiente Construído, v. 11, n. 4, p MAIA, A. A. B. Cinética de Secagem da Mistura Argila-Escória para Aproveitamento do Resíduo de Fornos Industriais da Região de Marabá. Monografia de Especialização em Tecnologia Mineral e Metalurgia, Universidade Federal do Pará, Marabá, Brasil, MAIA. F. S. Avaliação De Massas Cerâmicas, Processamento E Propriedades Dos Produtos De Cerâmica Vermelha Do Pólo Cerâmico De Campos Dos Goytacazes. Dissertação De Mestrado, MARQUES, M. Coprocessamento em Fornos de Cimento. Revista Gerenciamento Ambiental, n. 6, pp ,

94 MENEZES, R. R. Utilização do Resíduo do Beneficiamento do Caulim na Produção de Blocos e Telhas Cerâmicos. Universidade Federal de Campina Grande Revista Matéria, v. 12, n. 1, pp , MONTANO, L. Sintering beharvior of pressed red wastes fron zinc hydrometallurgy. Ceramics International, Oxford, 27: 29-37, NANDIA, V. S. Adição de Vidro Reciclado de Lâmpadas na Fabricação de Cerâmica Vermelha. Cerâmica Industrial, 19 (5), PINHEIRO, R. M.; MONTEIRO, S. N.; VIEIRA, C. M. F. (2010). Caracterização de matérias-primas para fabricação de adoquim. Anais: 54º Congresso Brasileiro de Cerâmica. Foz do Iguaçu, Paraná. Disponível em: PRADO, U. S., BRESSIANIB J. C. Panorama da Indústria Cerâmica Brasileira na Última Década Cerâmica Industrial. 18 (1) Janeiro/Fevereiro, PRACIDELLI, S., MELCHIADES, F. G. Importância da composição granulométrica de massas para cerâmica vermelha. Cerâmica Industrial, v.2, p.1-4, PUREZA, J. C. C. Utilização De Resíduos Industriais De Baixa Granulometria Em Massas Cerâmicas De Argila Vermelha: Aspectos Tecnológicos E Ambientais. Dissertação para obtenção do título de Mestre em Engenharia, RIPOLI, F. F. A. Utilização do Rejeito Industrial Cerâmico - Chamote - como Fator de Qualidade na Fabricação de Elementos Cerâmicos: um Estudo Experimental. Cerâmica.vol.43, nº , São Paulo, SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia de Argilas, Volume 1 Ed. V.1, Ed. da Universidade de São Paulo, v. 1.p 340, SANTOS, P. S. Ciência e Tecnologia de Argilas, Volume 2 Ed. V.1, Edgard Blücher LTDA, SERVIÇO BRASILEIRO DE APOIO À PEQUENA E MÉDIA EMPRESA SEBRAE. Setor de Cerâmica Vermelha - Projeto: Conservação de Energia nas Pequenas e Médias Indústrias do Estado do Rio de Janeiro. Relatório Final. Conservação de Energia: Estudos Setoriais. Aspectos Econômicos e Tecnológicos

95 SECRETARIA DE ESTADO DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO, MINERAÇÃO E ENERGIA [ Pará. [acesso em 10/05/2017]. Disponível em: SMITH, W. F. Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. McGraw-Hill de Portugal, SOUZA, J, V. Estudo tecnológico de algumas argilas e caulins do recôncavo do Estado da Bahia. Tese (doutorado) - Universidade de São Paulo. 12, TAGUCHI, S. P., SANTOS, J. C., GOMES, T. M., CUNHA, N. A. Avaliação das propriedades tecnológicas de cerâmica vermelha incorporada com resíduo de rocha ornamental proveniente do tear de fio diamantado. Cerâmica 60, p TAKAHASHI, E. A. N., MUCCILLO, E. N. S. Estudo da possibilidade de incorporação de resíduo da indústria de reciclagem de alumínio em argila expandida. In: Anais do 51 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, Salvador, Brasil, VIEIRA, C. M. F.; HOLANDA, J. N. F. de PINATTI, D. G. Caracterização de massa cerâmica vermelha utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes RJ. Revista Cerâmica, v 46, nº 297, VIEIRA, C. M. F. Estudo da variabilidade das características de uma argila sedimentar. In: Anais do 45 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, Brasil, VIEIRA, C. M. F., MONTEIRO, S. N. Effect of the particle size of the grog on the properties of bricks. In: TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), VLACK, L. H. V. Propriedades dos Materiais Cerâmicos. Ed. Da Universidade de São Paulo, ZANDONADI, A.R. Panoramas setoriais - Cerâmica Estrutural. In Anuário Brasileiro de Cerâmica. Associação Brasileira da Cerâmica. São Paulo,

96 APÊNDICE A DIFRATOMETRIA DE RAIO X DAS COMPOSIÇÕES SINTERIZADAS A.1 COMPOSIÇÃO: ARGILA FRACA (AFR100) Figura A.1 - Difratograma de raios X da composição Argila Fraca queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. Figura A.2 - Difratograma de raios X da composição Argila Fraca queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. 82

97 Figura A.3 - Difratograma de raios X da composição Argila Fraca queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = Mulita. A.2 - COMPOSIÇÃO: 50% DE ARGILA FORTE MAIS 50% DE ARGILA FRACA Figura A.4 - Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. 83

98 Figura A.5 - Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. Figura A.6 - Difratograma de raios X da composição AFO50AFR50 queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = Mulita. 84

99 A.3 - COMPOSIÇÃO: 30% DE ARGILA FORTE MAIS 70% DE ARGILA FRACA Figura A.7 - Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 850ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. Figura A.8 - Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 950ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita. 85

100 Figura A.9 - Difratograma de raios X da composição AFO30AFR70 queimada a 1050ºC. Q = quartzo; M = mica muscovita; H = hematita e Mu = mulita. 86

101 APÊNDICE B B.1 - PESQUISA DE OBSERVAÇÃO DIRETA A seguir, serão apresentadas as etapas básicas do processo de fabricação de tijolos (blocos de vedação). A Figura B.1 apresenta as matérias-primas armazenadas nos galpões da empresa. Este armazenamento geralmente é feito a céu aberto e com sazonamento de no mínimo três meses a dois anos para melhor conformação do material (ANICER, 2013). Figura B.1 Estoque da matéria-prima em galpão próprio. Após esta etapa, o material segue preparado para o caixão alimentador (Figura B.2) onde seguirá por todo o processo de conformação das peças. Figura B.2 - Caixão alimentador. O material depositado no caixão alimentador segue para o misturador (Figura B.3) que será responsável pela mistura e contribuirá para também homogeneização da 87

102 argila. Geralmente é neste processo que se adiciona certa quantidade de agua necessária para melhor mistura desse material. A adição de água quente na mistura acelera o processo de absorção de água pelo centro do grão argiloso, onde esta água pode ser reutilizada da bomba de vácuo ou de outros processos viáveis disponíveis na empresa (ANICER, 2013). Figura B.3 Processo de mistura da massa cerâmica. Posteriormente ao processo da mistura do material, o mesmo segue para etapa de laminação. Esta fase consiste no direcionamento de partículas das argilas (Figura B.4), sendo fundamental sua regulagem periódica. Recomenda-se um distanciamento de 2 a 3 mm para o último laminador. Quanto mais fechado estiver o laminador melhor será o direcionamento das partículas. A qualidade da laminação determina a qualidade do acabamento dos produtos, evita perdas e pode levar a uma redução no consumo de energia na queima, visto que a granulometria do material diminui (ANICER, 2013). Figura B.4 - Equipamento de laminação. 88

103 O material laminado segue para última fase de conformação, isto é, seguirá para a extrusora (Figura B.5) que consiste em forçar, por pressão, a massa a passar através de um bocal apropriado ao tipo de peça a ser produzida. Também conhecida como maromba, a mesma recebe a massa preparada para ser compactada e forçada por meio de um pistão ou eixo helicoidal através de bocal. Como resultado obtém-se uma coluna extrusada para confecção de blocos (ANICER, 2013). Figura B.5 - Equipamento de extrusão. Após a peça (tijolo) produzida pela extrusora, a mesma é cortada em tamanho já definido e posteriormente segue para a secagem. Esta secagem pode ser natural ou artificial. A Figura II.6 apresenta a esteira por onde passam as peças conformadas, e estas peças são colocadas em vagões que serão repassados para o secador artificial da empresa ( (a) e (b) ). (a) (b) Figura B.6 - Processos: (a) Esteira e (b) Secador Artificial. 89

104 Com a saída das peças secas, a próxima e última etapa desse processo é a queima. Nessa operação as peças adquirem suas propriedades finais. Esse tratamento térmico é responsável por uma série de transformações físico-químicas das peças como: perda de massa, desenvolvimento de novas fases cristalinas, formação de fase vítrea e a sinterização dos grãos (BACCELLI JUNIOR, 2010). Os fornos para queima de cerâmica vermelha podem ser classificados como intermitentes (Paulistinha, abobada, caipira, caiera, plataforma) e contínuos (Hoffman, túnel e cedan) (ANICER, 2013). A Figura B.7 mostra que o tipo de forno utilizado pela empresa do estudo de caso é do tipo Paulistinha. Figura B.7 Forno tipo Paulistinha. 90