2 REVISÃO DA LITERATURA

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1 4 2 REVISÃO DA LITERATURA O desenvolvimento de estudos referentes à aplicação de subprodutos industriais tem como base a definição de resíduos sólidos e suas classificações; a compreensão do processo produtivo em que são gerados e o potencial de absorção destes materiais em determinados setores industriais. De acordo com estas idéias é apresentada a definição a respeito dos resíduos sólidos e suas classificações; apresentação descritiva a respeito do processo de fundição e os subprodutos gerados nestes processos, no qual o pó de exaustão será o subproduto de estudo. Na seqüência considerando o potencial de aplicabilidade dos resíduos sólidos industriais em materiais cerâmicos, destacam-se algumas características e propriedades destes materiais, especificamente dos revestimentos cerâmicos. E finalmente serão abrangidos alguns estudos da literatura utilizando diversos tipos de matérias-primas alternativas para fabricação de novos materiais cerâmicos. 2.1 Resíduos Sólidos A partir do século XVIII com a Revolução Industrial, aliada ao desenvolvimento tecnológico, aumentou a geração de resíduos e poluição, além do crescimento da utilização de uma variedade de matérias-primas, as quais são fatores preponderantes na degradação do meio ambiente (RIBEIRO, 2008). Somente em 1972 houve um avanço na negociação entre os países em relação à preocupação e percepção dos problemas relacionados ao desenvolvimento e meio ambiente com a conferência realizada em Estocolmo, onde foi introduzido o conceito de eco-desenvolvimento. Em 1983 foi criada pela Assembléia Geral da ONU, a Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMAD), sendo que em 1987 foi publicado o Relatório de Brundtland ou Nosso Futuro Comum onde se projetou o ideal do desenvolvimento sustentado, ou seja: O desenvolvimento referente às necessidades do presente sem comprometer as possibilidades das gerações futuras de satisfazer suas próprias necessidades, onde se propunha mudanças na exploração de recursos, e do desenvolvimento tecnológico de acordo com as necessidades atuais

2 5 e futuras. Através deste relatório obtiveram-se subsídios que ajudaram na preparação e realização da ECO 92, que ocorreu no Rio de Janeiro, e auxiliou a difundir as responsabilidades ambientais, na qual destacava a necessidade de mudança dos padrões não sustentáveis de produção e consumo. No Brasil somente na década de 90 a preocupação com a política ambiental teve destaque. Esta preocupação com a política ambiental proporcionou uma conscientização sobre os materiais descartados (resíduos) pelas indústrias que podem ser considerados como subprodutos que possuem uma aplicação (OKIDA, 2006; PEREIRA, 2002; RIBEIRO, 2008). No Brasil o gerenciamento dos resíduos sólidos industriais ainda é inexpressivo, segundo dados da Associação Brasileira de Tratamento de Resíduos ABETRE, mais de 70% do lixo industrial acaba em lugares inapropriados, ou seja, a maioria dos descartes industriais é feita de forma inadequada, misturada em lixões domésticos, sejam eles municipais ou clandestinos (RIBEIRO, 2008). Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004), os resíduos sólidos são definidos como: Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle a poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível. A classificação dos resíduos sólidos envolve a identificação do processo ou atividade que lhes deu origem e de seus constituintes e características, que seguem as normas definidas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas. A norma NBR (2004) qualifica os resíduos sólidos quanto aos seus riscos ao meio ambiente e a saúde pública, e para ser gerenciados adequadamente, segundo a mesma os resíduos são classificados da seguinte forma: Classe I Perigosos e Classe II Não perigosos: subdividida em não inertes e inertes. A Classe I, perigosos refere-se a resíduos que possam apresentar características com risco a saúde pública ou riscos ao meio ambiente, em função de suas propriedades físicoquímicas e infecto-contagiosas. Podem ser constituídas de uma ou algumas dessas características: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, nas condições em que estão estabelecidas na norma. Alguns exemplos de resíduos classe I são: óleo lubrificante usado

3 6 ou contaminado, óleo de corte e usinagem usado, equipamentos descartados contaminados com óleo, lodos de galvanoplastia, lodos gerados no tratamento de efluentes líquidos de pintura industrial, acumuladores elétricos a base de chumbo (baterias) entre outros (Centro de Informação Metal Mecânica, 2008; OKIDA, 2006). Quanto a Classe II- não perigosos, os resíduos dividem-se em: Classe II A (não-inertes) Aqueles que não se enquadram nas classificações classe I ou classe II B. Apresentam características como biodegrabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água. Geralmente são estas as características do lixo doméstico (NBR 10004:2004). Classe II B, (inertes) São resíduos que quando sujeitos a avaliação da solubilização (NBR da ABNT), não apresentam nenhum de seus constituintes solubilizados em concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água isentando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez dureza e sabor (NBR 10004:2004). Isto significa que a água permanecerá potável quando em contato com o resíduo. Muitos destes resíduos são recicláveis. Estes resíduos não se degradam ou não se decompõem quando dispostos no solo (se degradam muito lentamente). Estão nesta classificação, por exemplo, os entulhos de demolição, pedras e areias retiradas de escavações (OKIDA, 2006). 2.2 Processos de Fundição e a Geração de subproduto O processo de fundição tem início com a preparação da areia de moldagem, para confecção dos moldes, onde em seguida é vertido o metal líquido originando as peças metálicas conformadas da maneira desejada. A operação de moldagem é realizada pela formatação de um material refratário adequado para formar a cavidade em que o metal líquido será introduzido, o material utilizado para operações de moldagens depende do tipo de metal a ser fundido e a forma desejada do produto final, a cavidade do molde terá que manter sua forma, até que o metal tenha solidificado (GOSSEN, 2005; ZANETTI et al, 2002). Usualmente os moldes são formados por duas partes uma superior e outra inferior. Se a peça a ser fundida apresenta regiões ocas são feitos moldes para as partes internas da peça denominadas de machos, assim os moldes conformam a parte externa da peça (GOSSEN, 2005; RIBEIRO 2008, ZANETTI et al, 2002).

4 7 Terminada a solidificação às peças são retiradas, o que promove a desagregação e quebra dos machos e moldes, que retornam para o processo produtivo ou são enviadas para aterros. As peças metálicas seguem para a etapa de quebra de canal para serem separadas do sistema de alimentação (canais) e seguem para a limpeza. Posteriormente as peças metálicas seguem para o acabamento e controle de qualidade onde são removidas as rebarbas existentes por operações de usinagem. Finalmente as peças recebem uma proteção superficial pela aplicação de óleo ou pintura (GOSSEN, 2005). De acordo com Devanir Brichesi, da Abifa (2008), o Brasil é o sétimo maior produtor de fundidos do mundo, com um aumento de 75% da produção nos últimos cinco anos, e concentra 1300 empresas, destas 94% de pequeno porte e médio, sendo 75% do que é produzido fica no mercado brasileiro. A indústria catarinense detém a terceira posição na produção nacional com 24% da produção nacional, só atrás de São Paulo e Minas Gerais, com 36% e 25% respectivamente. No Brasil existem muitas indústrias de fundição, estas são grandes geradoras de resíduos sólidos, como também são consumidoras de matérias-primas. Segundo dados de uma empresa de fundição de Joinville que forneceu o subproduto para o estudo, para cada tonelada de ferro fundido são produzidos cerca de 1,2 toneladas de resíduos, necessitando assim desenvolver aplicações ou destinação dos resíduos gerados (2009). Estes resíduos são provenientes da moldagem ou de outros processos relacionados á indústria de fundição como apresentado na tabela 2.1. É importante salientar que existe uma diferença entre os resíduos de areia de moldagem e macharia, pois as areias de moldagem são compostas por areia, bentonita e pó de carvão, e não possuem potencial de lixiviação de constituintes perigosos ou tóxicos, mas as areias de macharia, compostas por ligantes a base de resinas fenólicas possuem toxicidade, sendo que sua disposição pode afetar o solo e as águas, dependendo da quantidade envolvida e lixiviada (CHEGATTI, 2004).

5 8 Tabela 2. 1: Alguns resíduos formados nos processos de fundição (GOSSEN, 2005). Processo Descrição Resíduos gerados Fusão Conversão da carga metálica Escórias dos fornos, pós do sólida em ferro líquido. sistema de exaustão dos fornos, sucatas metálicas impróprias para o processo, pós de matérias-primas (pedra calcária, coque, etc). Macharia Fabricação de núcleos de Refugos de machos, pós de Areia de Moldagem Desmoldagem Quebra de Canais Oleação/Pintura areia (machos) Este processo consiste da preparação da areia de moldagem, areia esta utilizada na fabricação dos moldes os quais serão preenchidos com o ferro líquido dando a forma da peça fundida. Este processo consiste da separação da peça vazada, na fase sólida, do molde de areia em que foi gerado. Este processo consiste da quebra do sistema de alimentação da peça fundida. Este processo consiste da proteção da peça fundida, seja por meio da pintura, seja por óleo, ou pela combinação destes. varrição Resíduos de areia de moldagem. Finos do sistema de exaustão do processo de moldagem. Sucata, respingos de ferro, areia de moldagem, restos de machos, finos de areia. Sucata, respingos de ferro, areias moldagem. Materiais contaminados com óleo e/ou tinta, plásticos, latas de tinta, tambores, baldes e bombonas Pó de Exaustão No processo de fabricação de molde de areia verde para a produção de peças metálicas, são misturados componentes em proporções estabelecidas de bentonita, pó de carvão e areia silicosa. Estes componentes passam por uma esteira vibratória onde serão retirados os finos desta mistura que não fará parte da confecção dos moldes. Estes finos retirados neste processo são denominados pós de exaustão, que têm diâmetro reduzido e devido a isto prejudicam a fabricação das peças metálicas, pois eles restringem a saída dos gases contidos nos ferros fundidos, ocorrendo bolhas nas peças (RIBEIRO, 2008).

6 9 A geração de subprodutos no processo de modelação (figura 2.1) identifica cada etapa e onde cada subproduto é gerado, atualmente parte do material é utilizada no próprio processo produtivo após a regeneração, sendo que os demais são tratados como resíduos, dentre estes está o pó de exaustão. Figura 2. 1 Geração de subprodutos no processo de modelação (GARCIA FILHO; CARNIN; 2009). A figura 2.2 apresenta o fluxograma do processo de fundição característico da geração do subproduto pó de exaustão objeto deste estudo. E importante realizar a caracterização do pó de exaustão para conhecer suas características e assim poder indicar as possibilidades de destinação deste subproduto. Segundo a norma da ABNT/NBR 10004, o subproduto pó de exaustão foi classificado como Classe II A (não-inerte), conforme a empresa que cedeu o subproduto para estudo.

7 10 Figura Fluxograma do processo de fundição com a geração do pó de exaustão estudado. A figura 2.3 mostra a coleta do pó de exaustão através das esteiras vibratórias e o container onde é armazenado para posteriormente ser depositado no aterro industrial. Figura 2. 3: A: Coleta do pó de exaustão pela esteira. B: Armazenamento em container (RIBEIRO, 2008).

8 Destino dos subprodutos de fundição atualmente No processo de fundição existe expressiva geração de diversos resíduos como citados na tabela 2.1. Neste contexto é necessário o conhecimento tecnológico e científico para o desenvolvimento de novos substitutos das matérias-primas minimizando a exploração de recursos naturais e a geração de poluição e resíduos (RIBEIRO, 2008). Atualmente estes resíduos têm sido bastante estudados, e na sua maioria com o intuito de incorporação em materiais cerâmicos, como citados a seguir. Na procura de alternativas para utilizar resíduos de fundição Ribeiro (2008), pesquisou a incorporação do pó de exaustão, escórias de fundição e areia verde em massa cerâmica, os resultados obtidos das análises de algumas características dos corpos-de-prova foram: alta resistência mecânica e baixos valores de absorção de água, retração linear, solubilização e lixiviação de metais pesados. Chegatti (2004) verificou a aplicabilidade de resíduos de fundição (areias geradas nos processos de moldagem, quebra de canais e exaustão) em massas asfálticas, cerâmica vermelha e fritas cerâmicas. Através dos resultados obtidos foi possível incorporar 10% em massa de resíduos tanto em massa asfálticas quanto em cerâmica vermelha. Para fritas cerâmicas essa concentração pode chegar entre 30 e 60% em massa, dependendo das exigências estéticas do material a ser produzido. Regeneração térmica da areia descartada no processo de fabricação de moldes e machos, estudado por Peixoto (2003). Concluiu-se que as areias regeneradas apresentam características granulométricas e químicas diferenciadas entre si e em relação às areias novas, mas não afetam as propriedades tecnológicas de resistência à tração, porém é reduzida a vida útil das misturas. Grande parte dos trabalhos pesquisados sobre resíduos de fundição são referentes à utilização do resíduo areia verde de fundição, alguns exemplos da aplicação deste resíduo podem ser encontrados nos seguintes trabalhos: Toledo (2006) que verificou sua incorporação em cerâmica vermelha. Os resultados obtidos como baixos níveis de lixiviação e solubilização aliada a propriedades mecânicas adequadas permitem o emprego em massa cerâmica vermelha na formulação de 65% de areia de fundição 20% de microesferas de vidro e 25% de argila natural; Areia verde de fundição incorporada em argamassa colante de assentamento para construção civil pesquisado por Mello (2004), mostraram que, à medida que a quantidade de resíduo de areia

9 12 verde incorporado na argamassa aumenta, a resistência tanto à compressão quanto à aderência diminui sensivelmente, e aumenta a absorção e o índice de vazios da argamassa. Quanto aos resultados de lixiviação da argamassa, constatou-se que, os valores de lixiviação dos elementos analisados não ultrapassaram os limites especificados; Hörlle et al. (2003), analisou a viabilidade de incorporação de quatro tipos de resíduos: os dois primeiros provenientes da areia de moldes usados em fundição de ferro fundido, cada um com um tipo de resina fenólica, o terceiro proveniente de areia já usada no processo (areia de fundição) e o quarto constituído de particulados finos como carga em materiais cerâmicos de argila vermelha, o melhor resultado obtido foi contendo 2% de areia com resina fenólica que mostrou possuir uma resistência mecânica 30% superior à da argila pura; Emprego de areia usada de fundição em coberturas intermediária e final de aterros sanitários como resultado observou-se que o resíduo areia de fundição apresentaram maior potencial de utilização como camada de cobertura final Gomes et al. (2007). Considerando o potencial de aplicabilidade dos subprodutos sólidos em materiais cerâmicos e a sua grande produção e utilização destes no Brasil, destacam-se a seguir algumas características e propriedades dos revestimentos cerâmicos. 2.3 Revestimentos Cerâmicos As cerâmicas são muito utilizadas como forma de absorver a maioria dos subprodutos gerados pelas indústrias, devido a suas características, pois, estes apresentam em sua composição uma estrutura formada por muitos elementos, que permitem absorver outros elementos com similaridade com as matérias-primas originais Os revestimentos cerâmicos têm um grande desempenho no Brasil sendo o segundo maior consumidor mundial de revestimentos cerâmicos (534,7 milhões de m 2 ), quarto maior produtor e exportador mundo com aproximadamente 562 milhões de m 2 (8,3%) dos da produção mundial de revestimentos (ANFACER, 2008). A utilização desses materiais é crescente devido sua qualidade e da durabilidade podem ser utilizados tanto internos como externamente, se mostram apropriados para pequenos detalhes, ambientes interiores ou para grandes escalas ao

10 13 ar livre. São oferecidos de maneira a satisfazer os mais variados gostos e texturas diversas (ANFACER, 2008, MODESTO, 2005). As formulações de massas cerâmicas são constituídas de uma grande variedade de matérias-primas, definidas por duas tipologias fundamentais, ou seja, matérias-primas argilosas e as não-argilosas ou matérias-primas complementares, onde cada uma delas tem propriedades específicas e função definida no processo da produção da peça cerâmica (CONSTANTINO et al., 2006; OLIVEIRA, 2000). As argilas são definidas quimicamente como silicatos de alumínio hidratados ou aluminosilicatos, na sua forma mais pura. As matérias-primas principais na fabricação de uma série de produtos cerâmicos são as argilas, pois, se encontram em abundância sendo assim barata, sua utilização não tem necessidade de melhorias na sua qualidade e apresentarem boa plasticidade quando úmidas, quando secas formam torrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos, apresentam resistência mecânica após a sinterização adequada para uma série de aplicações, e possibilitam a utilização de técnicas de processamento simples (SILVA, 2005; VIEIRA et al., 2000; VLACK, 1973). Os materiais argilosos proporcionam grande variedade de composições e características, que dão suficiente plasticidade para conformação obtendo assim uma forma definida utilizada na produção da massa (barbotina), os caulins e as argilas são exemplos de materiais argilosos. Os materiais não-argilosos como o quartzo são utilizados para formar a estrutura do corpo cerâmico, pois estes não retraem durante a secagem e queima o que contribui para a ausência de trincas, outros como o feldspato e filito são utilizados para promover a fusão da massa e permite que se forme material vítreo suficiente para sinterização, sem que ocorra deformação do corpo cerâmico, e para dar estabilidade dimensional são adicionados carbonatos de cálcio e magnésio, esses são misturados com as argilas quando estas não as contêm, obtendo características específicas referentes às suas composições (CONSTANTINO et al., 2006; SILVA, 2005; MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]). Segundo Grun (2007) e Modesto (2005), através de análises químicas realizadas em massas cerâmicas é possível observar a presença de óxidos que estão intimamente relacionados com funções exercidas nas composições cerâmicas. Na tabela 2.2 observam-se alguns óxidos presentes nas formulações das massas cerâmicas e as principais funções que estes exercem nas composições cerâmicas.

11 14 Tabela 2. 2: Alguns óxidos presentes nas formulações das massas cerâmicas (GRUN, 2007; MODESTO, 2005). SiO 2 Estabilizador de tamanho, presentes no minerais argilosos e nos feldspatos. Al 2 O 3 mineral argilosos e feldspatos Fe 2 O 3 Ligado a coloração avermelhada CaO Ligado à porosidade das composições de massas cerâmicas, se encontra na forma de carbonatos alcalinotérreos Na 2 O Fundente, indica a presença de feldspato de sódio K 2 O Fundente(ilita, mica e feldspato de potássio). MnO Ocorre geralmente em baixos teores nos argilominerais TiO 2 Se associado ao ferro contribui para coloração escura das composições MgO Choque Térmico, Dilatação térmica Linear, Fundente (dolomita, cloreto, talco) Processo de Fabricação de Revestimentos Cerâmicos Para a obtenção dos revestimentos cerâmicos com as características finais desejadas é necessário o domínio do processo produtivo e do conhecimento da natureza química e das associações mineralógicas das matérias-primas (SILVA, 2005). A figura 2.4 apresenta a seqüência do processo de fabricação de revestimentos cerâmicos, seguido da descrição de cada etapa deste.

12 15 Figura 2. 4: Processo de fabricação de revestimentos cerâmicos. a. Preparação das matérias-primas Os processos de preparação das matérias-primas para a massa do revestimento cerâmico podem ser classificados de duas formas, via-seca e via-úmida. No processo via-úmida as argilas e demais matérias-primas como talco, carbonatos, etc., são misturadas com água, moídas e homogeneizadas em moinhos de bolas (seixos) onde permanecem por um tempo necessário para a obtenção de partículas com tamanhos desejados. Esta mistura chama-se barbotina, com cerca de 35% de água, que é secada em um equipamento spray drier (tipo de secador-atomizador) com aproximadamente 7% de umidade formando um agregado de pequenos grãos com forma e umidade necessárias para uma boa prensagem, esses grãos são prensados no formato desejado, assim adquirem a compactação desejada, resultando no biscoito cru (MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]); CONSTANTINO et al, 2006; ABC Associação Brasileira de Cerâmica, 2008). No processo via-seca, as argilas e demais matérias-primas são misturadas e desagregadas com a umidade natural á qual foram extraídas por processo de moagem a seco em moinhos de martelo e pendulares para depois levemente umidificadas passarem pela prensagem,

13 16 praticamente sem beneficiamento (ABC Associação Brasileira de Cerâmica, 2008; CONSTANTINO et al., 2006). O processo via-seca é mais econômico em decorrência do tipo de beneficiamento ser mais simples em relação ao processo úmido, que requer mais etapas de beneficiamento. Contudo, através do processo via-úmida obtém-se melhor qualidade do produto final, pois permite uma interação e homogeneização adequada dos componentes da massa e um maior controle do processo. (MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]; ABC Associação Brasileira de Cerâmica, 2008). Os processos de preparação das matérias-primas por via-seca e via-úmida são selecionados dependendo dos vários fatores já citados, mas segundo a Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimento ANFACER e a Associação Paulista das Cerâmicas de Revestimento - ASPACER, no Brasil utiliza-se em maior proporção o processo por via seca chegando a aproximadamente 65% contra 35% por via úmida (CONSTANTINO et al., 2006). b. Conformação A conformação dos produtos cerâmicos pode ser realizada por prensagem ou por extrusão. No processo por extrusão a massa possui aproximadamente 18% de umidade. Na conformação por prensagem o pó atomizado é alimentado em cavidades da prensa e submetido a uma pressão específica tendo sua forma definitiva denominada pelo corpo cerâmico, formando uma massa com mais ou menos 7% de umidade, que atribui ao produto melhor qualidade na estabilidade dimensional. A escolha do melhor método para conformação depende do tipo do produto, tamanho, complexidade de forma e produtividade. No caso específico dos revestimentos cerâmicos a prensagem é predominante (PORTOBELLO, 2008; SILVA, 2005; MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]; MODESTO, 2005; ROSA, 2002). c. Secagem A secagem tem por objetivo eliminar quase completamente a água contida nas peças após o processo de prensagem, evitando assim tensões e defeitos nas peças como trincas, bolhas, empenos, etc., reduzindo o tempo de sinterização. Esse processo de evaporação da água deve ser lenta e gradual até um teor suficientemente baixo. A resistência do suporte cru no processo de monoqueima é aumentada pela secagem, isto confere a peça maior resistência aos choques durante o seu manuseio até o forno (OLIVEIRA et al, 2006; ROSA, 2002; SILVA, 2005; VLACK, 1973).

14 17 d. Esmaltação e decoração Confere-se às peças cerâmicas acabamento superficial com a aplicação de uma camada fina e contínua de esmalte ou vidrado ao suporte cerâmico, que ocorre no processo de biqueima e monoqueima (OLIVEIRA et al, 2006; SILVA, 2005). e. Sinterização A sinterização dos materiais cerâmicos é uma etapa do processo, onde se revelam todas as operações feitas durante a fabricação, detectando qualquer defeito que pode ter ocorrido em algum processo anterior. Um dos acontecimentos desta etapa pode ser a formação da fase vítrea que apresenta baixa viscosidade que pode influenciar nas propriedades do produto final como resistência mecânica, resistência a produtos químicos e etc (ROSA, 2002; VLACK, 1973; OLIVEIRA et al, 2006; SILVA, 2005). Os revestimentos cerâmicos podem ser obtidos pelos seguintes processos de sinterização: monoqueima, biqueima e monoporosa. Os esmaltes utilizados nas placas cerâmicas correspondem a uma fina cobertura vítrea que impermeabiliza e decora as faces dos suportes cerâmicos. No processo denominado monoqueima é sinterizado tanto o suporte cerâmico como o vidrado em um único processo, neste tratamento térmico ocorre à consolidação do suporte e a estabilização do vidrado simultaneamente, proporcionando melhor interação, e melhora a resistência da peça, tanto à quebra quanto à abrasão, porém não proporciona brilho à peça. Utiliza-se somente um forno para o processo designado por monoqueima, diminuindo os custos econômicos da fabricação de revestimentos cerâmicos (OLIVEIRA, 2000; CONSTANTINO et al, 2006; ABC Associação Brasileira de Cerâmica, 2008). Segundo os mesmos autores, no caso da biqueima as peças cerâmicas são submetidas a dois tratamentos térmicos distintos. O suporte cerâmico é sinterizado e em seguida passa pela esmaltação e ocorre novamente a sinterização em menor temperatura para não romper o corpo cerâmico, estabilizando os esmaltes e as decorações aplicadas no suporte. Esses autores citam ainda, que para os revestimentos que passam pelo tipo de sinterização nomeada de monoporosa que é similar a monoqueima, o produto também é sinterizado uma única vez, mas é utilizada uma massa porosa e de menor resistência. Esta técnica permite uma superfície brilhante.

15 18 Em geral, as temperaturas para esmalte da biqueima estão em torno de 980 C e para monoqueima acima de 1100 C, variando em função da porosidade desejada (MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]). Ao empregarmos o critério de cor do produto sinterizado, depende, quase que exclusivamente, do conteúdo de óxidos colorantes presentes na composição (CONSTANTINO et al, 2006). Como a eficiência no processo de sinterização é muito importante na produção de materiais cerâmicos, e está diretamente relacionada às características da massa empregada, fica clara a necessidade de conhecer o efeito destes na massa (ROSA, 2002) Tipologia e propriedades finais dos revestimentos cerâmicos Os materiais cerâmicos em geral podem ser classificados dependendo de sua superfície, em esmaltados ou não esmaltados, de acordo com o processo de conformação, dos formatos, além do processo de tratamento térmico, em biqueima, monoporosa ou monoqueima, sendo estas classificações características dos processos de fabricação dos materiais cerâmicos. Mas as características técnicas do produto final (características dimensionais, resistência mecânica, absorção de água, etc.) são as mais importantes, se tornando necessária uma normalização classificatória devido à grade diversidade destas características. Segundo a ANFACER (2008), para a correta especificação da placa cerâmica se deve basear em algumas propriedades, pois depende da aplicação deste em diferentes ambientes. Com intuito de facilitar o processo de especificação foi definido a classificação referente à resistência á flexão e resistência à abrasão além da absorção de água. A principal classificação é a absorção de água, estabelecida pela norma ISO 13006, que está representada na tabela 2.3, onde esta representada a comparação entre o processo de conformação do material cerâmico com a absorção de água que recebe uma classificação específica e estes podem ter uma denominação tipológica de uso comercial, tal como grés, porcelanato, poroso, etc (MATERIAL DIDÁTICO DE APOIO, [1995?]; OLIVEIRA, 2000; SILVA, 2005; BITENCOURT, 2004).

16 19 Tabela 2. 3: Classificação de absorção de água em função do processo de fabricação (ANFACER, 2008). Absorção de água (%) Extrudado (A) prensado (B) Outros (C) Abs < 0,5 AI BIa CI 0,5< Abs 3,0 BIb 3< Abs 6 AIIa BIIa CIIa 6< Abs 10 AIIb BIIb CIIb Abs >10 AIII BIII CIII Porcelanatos - baixa absorção e resistência mecânica alta (AA < 0,5%); Grês - baixa absorção e resistência mecânica alta (AA de 0,5 a 3,0%); A denominação grês, na terminologia cerâmica, indica um material muito compacto, constituído por várias fases cristalinas dispersas em uma matriz vítrea com absorção de água entre 0,5% e 3%; Semi-grês - média absorção e resistência mecânica média (AA de 3,0 a 6,0%); Semi-porosos - alta absorção e resistência mecânica baixa (AA de 6 a 10%); porosos - alta absorção e resistência mecânica baixa (AA de 6 a 10%) (ANFACER, 2008; SILVA, 2005). A classificação da resistência à flexão (tabela 2.4) e resistência à abrasão profunda (tabela 2.5), são definidos segundo dados da Anfacer (2008). A resistência mecânica do material cerâmico é caracterizada pelo módulo de resistência á flexão (N/mm 2 ou Kgf/cm 2 ), que são especificados conforme tabela 2.4 relacionando os materiais cerâmicos com a classificação quanto à absorção de água segundo a norma ISO Tabela 2. 4: Classificação de resistência á flexão (ANFACER, 2008). Produto ISO Módulo de resistência á flexão (N/mm 2 ) Porcelanato BIa 35 Grés BIb 30 Semi-Grês BIIa 22 Semi-Poroso BIIb 18 Poroso BIII 15

17 20 Na tabela 2.5 são especificados os valores referentes às resistências à abrasão profunda para produtos não esmaltados comparados com os produtos classificados quanto à absorção de água segundo a norma ISO para produtos prensados. Tabela 2. 5: Resistência à abrasão profunda (ABC, 2008; ANFACER, 2008). Resistência à abrasão profunda Não aplicável (não esmaltados)mm 3 BIa BIb BIIa BIIb BIII 2.4 Subprodutos incorporados em Materiais Cerâmicos A incorporação é uma alternativa de utilizar os resíduos sólidos como substitutos das matérias-primas convencionais, ou seja, uma matéria-prima alternativa com valor agregado menor. A aplicação desses novos materiais em substituição parcial ou total da matéria-prima original se tornou uma apropriada aplicação para os resíduos sólidos industriais na formação de novos materiais. Geralmente são usados materiais cerâmicos para incorporação de subprodutos devido as suas características e haver similaridade com as matérias-primas originais, os principais efeitos são o aumento da porosidade e a diminuição da retração e da resistência mecânica do material acabado que vai depender da quantidade de resíduo incorporado (BITENCOURT, 2004). Todo subproduto industrial que possui baixa granulometria apresenta uma característica otimizada pela indústria cerâmica, pois ela interfere em diversas propriedades como plasticidade da massa, taxas de sinterização, porosidade final e densidade. Além de matérias-primas com menores tamanhos de partículas minimizarem o custo com a moagem. Outras características cristalográficas, químicas e físicas semelhantes às argilas se tornam necessárias como um requisito para a incorporação em produtos cerâmicos (PUREZA et al, 2007). Na revisão da literatura foram identificados vários trabalhos com incorporação de subprodutos, inclusive referente a subprodutos de fundição como o pó de exaustão. Estão

18 21 relacionados a seguir alguns trabalhos utilizando subprodutos industriais de fundição ou com similaridade ao pó de exaustão ou incorporadas em revestimento cerâmico. Ribeiro (2008) utilizou os subprodutos industriais de fundição (escórias de fundição, areia verde e pó de exaustão) e de indústrias metal-mecânica, como vidro residual para jateamento galvânico e sais de inertização de ácido de baterias para a obtenção de compósitos cerâmicos. Foram feitos vários corpos-de-prova variando as concentrações e o tipo de subproduto optando-se por três diferentes composições de subprodutos (tabela 2.6). Tabela 2. 6: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso (RIBEIRO, 2008). Ribeiro (2008) evidenciou que é possível a utilização destes subprodutos como alternativa de matérias-prima para fabricação de cerâmica vermelha (tijolos, telhas, pisos, azulejos, etc.). Ficaram comprovadas pelos ensaios realizados nos corpos de prova que as características obtidas consistiam de alta resistência mecânica e baixos valores de absorção de água, retração linear, solubilização e lixiviação de metais pesados. Os resultados se devem a formação de estruturas vítreas e sinterização de novas estruturas cristalinas. As propriedades obtidas demonstram que os novos materiais se incluem nas normas brasileiras. Ribeiro (2008) relatou ainda, que através dos resultados obtidos na lixiviação e solubilização os materiais desenvolvidos demonstraram forte ligação química dos metais pesados em relação aos materiais. Pureza et al. (2007), estudaram a incorporação de três tipos de subprodutos, pó de acabamento de porcelanato PG, subproduto do atomizador AT e pó de aciaria AC em duas argilas diferentes (AA e AV). A tabela 2.7 apresenta as formulações desenvolvidas.

19 22 Tabela 2. 7: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso (PUREZA et al. 2007). Matérias-primas Quantidade (%) Pó de acabamento de porcelanato 16,7 Subproduto de atomizador 16,7 Pó de aciaria 16,7 Argila Argila ,3 33,3 33,3 Ainda segundo os mesmos autores a incorporação dos subprodutos de baixa granulometria promove uma maior densificação assim reduzindo a absorção de água e aumentando a retração linear em comparação aos corpos cerâmicos formulados apenas com argilas em temperaturas de queima a partir de 850 C. O subproduto pó de atomizador apresentou em todas as temperaturas de queima os maiores incrementos de resistência mecânica em relação às outras formulações investigadas. Todas as formulações na temperatura de 950 C apresentaram uma taxa de densificação superior às das formulações só com argilas. Modesto et al (2003) estudou o reaproveitamento de dois tipos de lodos provenientes dos tratamentos de efluentes denominado lodo A e B para a fabricação de um pavimento cerâmico formado por extrusão, com absorção de 10% de água atendendo a norma ISO As formulações da pesquisa estão na tabela 2.8. Tabela 2. 8: Formulações propostas (MODESTO et al 2003). Matérias-primas Formulações (% em peso) F1 F2 F3 F4 F5 F6 Argila porto seco Lodo B Lodo A Levando em consideração as características necessárias do produto proposto como valor mínimo de 18MPa para resistência mecânica a flexão, absorção de água menor que 10% e outras característica como densidade aparente e retração linear, as formulações F1 e F5 que atenderam melhor estes pré requisitos. O melhor resultado para absorção de água foi na temperatura de 1080 C, em ciclo de cinco horas. Como os resultados da formulação F5 foram melhores elegeuse para seqüência do trabalho em uma prova semi-industrial. Após o processamento da F5 extrudada na Cerâmica Solar obteve-se os seguintes resultados conforme tabela 2.9 chegando-se a resultados satisfatórios com a temperatura de 1060 C e 17 horas de permanência do material dentro do forno.

20 23 Tabela 2. 9: Caracterização física da formulação F5, em diferentes condições de queima, com valores de desvio-padrão entre parênteses (MODESTO et al 2003). Absorção de Retração de Resistência a Perda ao água (%) queima (%) flexão (MPa) fogo (%) Temperatura de queima ( C) Densidade aparente (g/cm 3 ) ,28 (±2,13) 9,58(±0,29) 17,48(±1,94) 6,54(±0,48) 1,93(±0,09) ,25(±1,38) 11,82(±0,17) 32,28(±1,10) 7,45(±0,25) 2,23(±0,02) As amostras tratadas a 1080 C tiveram uma grande formação de fase líquida e conseqüentemente a sua deformação sendo inutilizados. Souza et al, (2009), apresentou os resultados da incorporação de resíduo de rocha ornamental em massa para revestimento cerâmico de piso gresificado. As massas cerâmicas com até 47,5 % de subproduto de rocha ornamental foram sinterizados á 1190 ºC usando um ciclo de queima rápida. Os resultados mostraram que a adição do subproduto de rocha ornamental modifica a classe do tipo de piso cerâmico vitrificado. A massa cerâmica com 10% de resíduo apresentou características de pisos BIIb - Semi-Poroso (6,0 % AA 10,0 %; σ 22 MPa). A massa com 20% de subproduto apresenta características de pisos BIIa - Semi-Grês (3,0% AA 6,0 %; σ 27 MPa). Já as massas 30%, 40% de subproduto e 47,5% de subproduto apresentaram características de pisos BIb Grês (0,5 % AA 3,0 %; σ 27 MPa). Pinheiro et al, (2009), estudou a possibilidade de usar o resíduo de petróleo como uma matéria-prima alternativa na fabricação de revestimentos cerâmicos com os seguintes percentuais de borra de petróleo: 0; 1,25; 2,5 e 5 % em peso de resíduo. Os resultados mostraram que as peças cerâmicas incorporadas com o resíduo de petróleo atingiram as características adequadas para uso como piso cerâmico do tipo grês de acordo com as especificações da norma ISO Considerações Devido às características dos revestimentos cerâmicos referidos na revisão da literatura observa-se que estes podem ser utilizadas como matriz para a incorporação de subprodutos sólidos industriais, se tornando uma alternativa viável. Isto fica evidenciado através dos estudos já realizados em relação à incorporação de vários tipos de subprodutos em massas cerâmicas, com destaque para a cerâmica de revestimento. Em muitos casos podem-se diminuir os custos tanto da empresa geradora do resíduo quanto a que o utilizara pela substituição da matéria-prima original. Além de em alguns casos melhorar as propriedades dos materiais e o mais importante

21 24 conseguirem eliminar o resíduo de uma maneira a não prejudicar o meio ambiente. Isto se torna fundamental visto que a geração de resíduos é cada vez maior, como é o caso dos provenientes do processo de fundição. Portanto, é fundamental a etapa referente à caracterização dos resíduos para saber se há viabilidade técnica e ambiental do mesmo ser usado como uma matéria-prima alternativa. No capítulo seguinte serão abordadas as etapas para a realização dos procedimentos experimentais e ensaios para avaliar o comportamento do material cerâmico quando incorporado o subproduto. Utilizou-se como subproduto o pó de exaustão proveniente do processo de fundição para ser incorporado em uma massa atomizada utilizada na fabricação de revestimentos cerâmicos.