DILATOMETRIA DAS FRAÇÕES GRANULOMÉTRICA QUE COMPÔEM AS ARGILAS DO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO/MS

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1 1 DILATOMETRIA DAS FRAÇÕES GRANULOMÉTRICA QUE COMPÔEM AS ARGILAS DO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO/MS F.S. Bellucci, G.R. dos Santos, A.R. Salvetti. Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Depto. de Física CCET Cidade Universitária s/n - Caixa Postal 549- CEP , Campo Grande-MS; salvetti@nin.ufms.br, felipe_bellucci@hotmail.com RESUMO O presente trabalho consistiu no estudo dilatométrico de três argilas do município de Rio Verde de Mato Grosso/MS assim como de cada uma de suas frações com diferentes granulometria (frações de baixa, média e alta granulometria), objetivando identificar as diferentes reatividades das argilas e de suas frações granulométricas assim contribuindo para o desenvolvimento do setor cerâmico. Ao submeter as três frações granulométricas de cada argila a análise dilatométrica, pode-se determinar as temperaturas dos possíveis eventos térmicos e as mudanças de propriedades físicas e químicas. Assim, notou-se uma expressiva diferença de comportamento entre as mesmas frações de argilas diferentes. As curvas dilatométricas das frações de baixa granulometria mostraram-se claramente mais retrativas linearmente e mais reativas em relação às outras frações granulométricas das argilas. Entre as frações de baixa granulometria a da argila intitulada Gil Fundo (GF) foi a mais retrativa e conseqüentemente a mais reativa. Palavras-Chave: argila, granulometria, dilatometria. INTRODUÇÃO As amostras estudadas são provenientes das argilas coletadas em Rio Verde de Mato Grosso/MS, a serem utilizadas como matéria-prima por cerâmicas/olarias da região, que até o presente momento tem suas indústrias cerâmicas totalmente voltadas para fabricação de cerâmica vermelha (lajotas, tijolos e telhas). O material

2 2 argiloso foi coletado na região onde afloram as formações Ponta Grossa e Aquidauana e são, provavelmente, da Formação Ponta Grossa que aflora numa faixa estreita de direção N-S que se estende de Rio Negro a Pedro Gomes, como mostra a figura 1. Figura 1: Localização da faixa de afloramentos da formação Ponta Grossa e da Formação Aquidauana em Mato Grosso do Sul. Os folhelhos da Formação Ponta Grossa são a principal fonte de matéria prima para as indústrias de cerâmica vermelha do norte do Estado de Mato Grosso do Sul. Os materiais argilosos quando mantidos a pressão praticamente constante e sob a ação do calor sofrem dilatações ou retrações em função da temperatura. (1) O registro dessas mudanças de dimensão resulta em curvas típicas que podem ser modificadas dependendo da granulometria da amostra, da composição da argila, dos diversos argilominerais, pela presença e quantidade de minerais de argila, tais como o quartzo, feldspatos, calcário e outros. As quantidades de cada um dos componentes variam de amostra para amostra (2). Assim, o uso da análise termomecânica ou dilatométrica (TMA), que é um método analítico que monitora as mudanças dimensionais sofridas por uma amostra, permite estudar o comportamento das argilas sob ação do calor que refletem em mudanças nas propriedades físicas, estruturais e químicas que ocorrem devido a algum dos seguintes fenômenos: eliminação de água, eliminação de constituintes 2

3 3 orgânicos, origem de produtos gasosos, reações e transformações cristaloquímicas, sinterização e formação de fase vítrea (3). O estudo das mesmas permite determinar se haverá ocorrência de fissuras, deformações ou tensões residuais e principalmente em que fase do processo de aquecimento elas tenderão a ocorrem. MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente foram coletadas três amostras de argilas in natura na cidade de Rio Verde de Mato Grosso/MS e foram identificadas como: Ipiranga (IP), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS). Foi realizada a análise calorimétrica exploratória diferencial (DSC) nas três argilas in natura medindo diretamente a variação de energia da amostra. Para efetuar esse teste foi usado o equipamento DSC 50 da Shimadzu com 10 mg de amostra destorroada e pulverizada com temperatura máxima de 600 C. Efetuou-se também a análise termomecânica ou dilatométrica (TMA) que é um método analítico que monitora as mudanças dimensionais sofridas por uma amostra quando aquecida progressivamente até uma temperatura máxima de 1150 C. E para realizar esse teste foi utilizado o equipamento TMA-50H da Shimadzu com amostras prensadas manualmente no estado plástico e dimensões de aproximadamente 3,0mm de diâmetro e 3,5mm de comprimento. Os resultados dessas duas análises serviram de parâmetros para a comparação com os resultados dos testes das frações granulométricas. Após efetuar os testes nas três amostras in natura, para cada uma das argilas coletadas, foi feito um processo de separação no qual subdividiu-se cada argila nas suas três frações granulométricas homogêneas denominadas: frações de baixa, média e alta granulometria. O processo de separação utilizado nas amostras para subdividi-las em suas frações granulométrica, passou pelos seguintes passos. Inicialmente foi colocada amostra por amostra de argila sobre a peneira da marca Restsch, que possui abertura entre seus poros de 53µm (nº 270 ABNT), lavando-a e peneirando-a com o auxílio de água destilada até que não houvesse mais amostra que pudesse passar por essa peneira. Essa amostra depois de seca recebeu o nome de fração de baixa granulometria. 3

4 4 Repetiu-se o processo de peneiramento amostra por amostra de argila agora com peneira da marca Restsch, que possui abertura entre seus poros de 212µm (nº 70 ABNT) lavando-a e peneirando-a com o auxílio de água destilada até que não houvesse mais amostra que pudesse passar por essa peneira. A amostra que passou pela peneira depois de seca recebeu o nome de fração de média granulometria e a amostra que não passou pela peneira depois de seca recebeu o nome de fração de alta granulometria. Assim, no final do processo de separação obteve-se cada uma das amostras in natura separadas nas suas frações de baixa granulometria (parte da amostra com granulometria passante em peneira nº 270 ABNT), média granulometria (parte da amostra com granulometria não passante em peneira nº 270 ABNT e passante em peneira nº 70 ABNT) e alta granulometria (parte da amostra com granulometria não passante em peneira nº 70 ABNT). Utilizou-se esse processo de separação devido a sua viabilidade, podendo ele ser utilizado pelas industrias de cerâmicas de revestimento que desejem separar suas amostras por granulometria aproveitando os resultados particulares de cada fração granulométrica. Quando terminada a separação para cada uma das três amostras de argilas, obtive-se uma razão para a massa de aproximadamente 1 : 1 : 1 das suas frações granulométricas, essa razão poderá ajudar futuramente a produzir corpos de prova para testes mecânicos, uma vez que poderá fornecer uma estimativa da quantidade de amostra a ser utilizada. Com o término do processo de separação, as três frações granulométricas obtidas de cada argila foram submetidas aos mesmos testes que as amostras de argilas in natura haviam sido anteriormente. O teste de calorimetria exploratória diferencial (DSC) foi utilizado para determinar qual a percentagem de quartzo em cada fração granulométrica para assim saber qual a relação entre a granulometria e a percentagem de quartzo (4). O cálculo dessa percentagem foi determinado da seguinte maneira: determinou-se a área abaixo da linha de base na região de transição do quartzo (α β) que fornece o calor de reação em Joules por grama (figura 2); 4

5 5 comparou-se o valor dessa área com o valor da área de uma amostra de quartzo puro que tem calor de reação igual a 3,45 J/g. Então foi calculado por meio de uma regra de três simples qual é a percentagem de quartzo em cada fração. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foi efetuada a análise calorimétrica diferencial (DSC), nas três frações de cada argilas determinando qual a percentagem de quartzo (Tabela I). A área sob a curva na região de transição do quartzo mostra o calor de reação da amostra (figura 2). Figura 2 Curva da análise calorimétrica exploratória (DSC) da fração de baixa granulometria da argila Ipiranga (IP) no qual a região em azul é a área calculada. Tabela I Percentagem de quartzo em cada fração granulométrica das amostras Ipiranga (IP), Gil Superfície (GS) e Gil Fundo (GF). Fração Argila Ipiranga Argila Gil Superfície Argila Gil Fundo Baixa 66 % 29 % 10 % Granulometria Média 60 % 34 % 23 % Granulometria Alta 68 % 44 % 37 % Granulometria Amostra in natura 61 % 32 % 22 % 5

6 6 Os dados da tabela I, mostram que nas amostras de argila Gil Superfície e Gil Fundo as frações com baixa, média e alta granulometria realmente há diferentes quantidades de quartzo. Na amostra Ipiranga não se observa os mesmos resultados e isso provavelmente ocorre devido há uma característica particular dessa amostra indicando que existe praticamente a mesma quantidade de quartzo em todas as granulometrias. Foi realizada a análise termomecânica ou dilatométrica nas três argilas in natura (figura 3) para determinarmos as variações dimensionais de cada amostra. Figura 3 Curvas da análise Dilatométrica (TMA) das amostras Ipiranga (IP), Gil Superfície (GS) e Gil Fundo (GF) in natura. Baseado nas curvas da figura 3 nota-se que na região de transição do quartzo (de 550 C a 650 C) a argila Gil Superfície possui uma maior dilatação em relação as outras duas argilas cujas dilatações são praticamente iguais. Na região entre 650 C e 900ºC a argila Gil Superfície tem uma maior contração em comparação com as outras amostras. Na faixa de formação da fase vítrea pode-se observar que a argila que mais se contrai é a Gil Fundo logo sendo ela a mais reativa. Isso ocorre provavelmente pela menor quantidade de quartzo encontrada na argila Gil Fundo (Tabela I). 6

7 7 O teste termomecânico ou dilatométrico foi realizado nas três principais frações (baixa, média e alta granulometria) de cada uma das três argilas, Ipiranga (IP), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS) (figuras 4, 5 e 6). Figura 4 Curvas da análise Dilatométrica (TMA) da argila Ipiranga (IP) e de suas três principais frações granulométrica. Analisando as curvas referentes a argila Ipiranga (IP) da figura 4 foi notado que na região de transição do quartzo (de 550 C a 650 C) a argila in natura possui uma maior dilatação em relação as outras amostras cujas dilatações são praticamente iguais. Na região entre 650 C e 900ºC a fração de baixa granulometria teve a maior contração em comparação com as outras amostras. Na faixa de recristalização e formação de fase vítrea (a partir de 900 C) pode-se observar que a amostra que mais se contrai é a fração de baixa granulometria ( 3,51%). Isso ocorre provavelmente pela maior reatividade do material de mais baixa granulometria dessa fração e a quantidade um pouco menor de quartzo (Tabela I). 7

8 8 Figura 5 Curvas da análise Dilatométrica (TMA) da argila Gil Superfície (GS) e de suas principais frações granulométricas. Analisando as curvas referentes a argila Gil Superfície (GS) da figura 5, nota-se que na região de transição do quartzo (de 550 C a 650 C) a fração de baixa granulometria possui uma menor dilatação em relação as outras amostras. Na região entre 650 C e 900ºC a fração de baixa granulometria teve a menor contração em comparação com as outras amostras e a fração de alta granulometria foi a que mais dilatou. Na faixa de recristalização e formação de fase vítrea (a partir de 900 C) pode-se observar que a amostra que mais se contraiu é a fração de baixa granulometria ( 4,83%) logo sendo ela a mais reativa. Isso ocorre provavelmente pela menor quantidade de quartzo e a maior reatividade do material de baixa granulometria encontrada nessa fração granulométrica (Tabela I). 8

9 9 Figura 6 Curvas da análise Dilatométrica (TMA) da argila Gil Fundo (GF) e de suas principais frações granulométricas. Com base nas curvas referentes a argila Gil Fundo (GF) da figura 6, pode-se concluir que na região de transição do quartzo (de 550 C a 650 C) a fração de alta granulometria possui uma maior dilatação em relação as outras amostras. Na região entre 650 C e 900ºC a fração de alta granulometria teve a uma pequena contração enquanto as outras amostras praticamente não sofreram alterações. Na faixa de recristalização e formação da fase vítrea (a partir de 900 C) pode-se observar que a amostra que mais contraiu e que também iniciou esse processo em uma temperatura inferior foi a fração de baixa granulometria ( 9,02%). Isso ocorre provavelmente pela menor quantidade de quartzo, a maior reatividade do material e a baixa granulometria encontrada nessa fração granulométrica (Tabela I). A partir desses dados pode-se observar que nas amostras com baixa granulometria, com menor quantidade de quartzo e maior reatividade (figura 7) houve uma maior variação dimensional, ficando evidente a existência de uma relação entre a granulometria e a variação dimensional nessa faixa de temperatura. As frações com baixa granulometria foram as que apresentaram a maior contração em comparação com as outras frações granulométricas e com a amostra in natura. 9

10 10 Figura 7 Curvas da análise dilatométrica (TMA) das frações de baixa granulometria das argilas Gil Fundo (GS), Ipiranga (IP) e Gil Superfície (GF). Entre as frações de baixa granulometria (figura 7), pode-se observar que até 900 C não há diferença entre as curvas. Entre as amostras, a primeira a iniciar o processo de contração por volta de 930 C foi a fração de baixa granulometria da argila Gil Fundo. Assim como na comparação das amostras in natura a argila Gil Fundo foi a mais retrativa e entre as frações de baixa granulometria ela também foi a mais retrativa entre todas as amostras. Quanto mais retração uma amostra tiver na formação da fase vítrea maior será a reatividade dessa amostra, ou seja, melhores serão suas características físicas (5). Uma vez comparadas as frações de baixa granulometria das três argilas, a amostra que mais se contraiu foi a que possuía menor quantidade de quartzo. A medida que diminuímos a quantidade de quartzo e a granulometria em uma amostra mais retrativa e reativa ela se tornar. Assim a fração de baixa granulometria da argila Gil Fundo se mostrou a mais reativa e retrativa de todas as frações granulométrica devido a combinação de baixa quantidade de quartzo e de baixa granulometria da amostra (figura 7). CONCLUSÃO 10

11 11 Após todas as três amostras de argila do município de Rio Verde de Mato Grosso/MS terem sido separadas em suas três frações granulométricas elas foram submetidas à análise termomecânica ou dilatométrica (TMA). Entre as amostras com diferentes granulometrias e in natura aquecidas progressivamente até a temperatura de 1150 C, as que apresentaram maior contração na fase de formação vítrea e que conseqüentemente serão as mais reativas foram as frações com baixa granulometria. Observou-se também que a medida que se diminuía a granulometria, mais retrativa e reativa a amostras se tornava. Analisando as três amostra de baixa fração granulométrica a que mais retraiu foi a amostra com menor percentagem de quartzo. Entre todas as amostras estudadas a fração de baixa granulometria da argila Gil Fundo foi a que se mostrou mais retrativa com 9,02% e conseqüentemente a mais reativa. Isso ocorreu possivelmente pela combinação da baixa granulometria e pela menor quantidade de quartzo na fração. REFERÊNCIAS (1) PECO, G. Análise Dilatométrica de Argilo-Minerais Cerâmica, 16 N 64 (1970) (2) SMYKATZ-KLOSS, W. - Differential Thermal Analysis-Application and Results in Mineralogy; Springer-Verlag, New York, (3) G.R.DOS SANTOS, D.S.FOGAÇA, C.M.LENZ, A.R.SALVETTI; Propriedades Físicas de Corpos de Prova das Argilas do Município de Rio Verde de Mato (4) BRINDLEY G.W., Thermal Reactions of Clay and Clay Minerals, Cerâmica 24(1978) (5) BINDLEY, G.W. and NAKAHIRA, M. - The kaolinite-mullite reaction series J.Am.Ceram.Soc. 42(1959) (6) SALVETTI,A.R.; BOGIANI,P.C.; GESICK,A.L. - Estudo da Ação do Intemperismo nos Folhelhos Argilosos de Rio Verde/MS; Cerâmica 275(1996) Grosso/MS Influência da taxa de aquecimento ; Anais do 47 Congresso Brasileiro de Cerâmica, , (7) COMEFORO,J.E.; FISCHER,R.B.; BRADLEY,W.F. - Mullitization of Kaolinite J.Am.Ceram.Soc. 31(1958)

12 12 (8) SOUZA SANTOS, P. - Ciência e Tecnologia de Argilas; Edgard Blucher Ltda, São Paulo, DILATOMETRIC STUDY FRACTION GRANULOMETRIC FROM RIO VERDE - MATO GROSSO/MS CLAY MINERALS ABSTRACT Was studied dilatometric behavior of fraction on different clay minerals from Rio Verde - Mato Grosso/MS. Was determined temperatures value of specific thermal reaction with physical or chemical changes for several heats. The dilatometric behavior shows the relation between the temperatures correspondents to specific events (expansion or retraction) on the samples. This event was related to reversion transition (quartz), crystallization, sinterization and glass formation. The smaller fraction granulometric of Gil Fundo (GF) was the more reactivates sample and shows with more contract. Key words: clay, retraction and dilatometric analysis. 12