COMPORTAMENTO DE QUEIMA DE UMA ARGILA VERMELHA USADA EM CERÂMICA ESTRUTURAL

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1 COPORTAENTO DE UEIA DE UA ARGILA VERELHA USADA E CERÂICA ESTRUTURAL F. A C. ilheiro, J. N. F. Holanda Av. Alberto Lamego 2, Parque Califórnia, CEP: , Campos dos Goytacazes. holanda@uenf.br Universidade Estadual do Norte Fluminense - UENF, Laboratório de ateriais Avançados - LAAV, Setor de ateriais e eio Ambiente - SEA RESUO O objetivo principal deste trabalho é avaliar o comportamento de queima de uma amostra de argila vermelha da região de Campos dos Goytacazes RJ, utilizada para fabricação de produtos de cerâmica estrutural para construção civil. A amostra de argila (< 6 mesh) foi caracterizada sob os seguintes aspectos: difração de raios -x, composição química e comportamento térmico. Os corpos cerâmicos foram obtidos por prensagem uniaxial numa matriz cilíndrica (φ = 1 mm) em 24 Pa e queimados nas seguintes temperaturas de patamar (ºC) : 75, 8, 85, 9, 95, 1, 15, 11 e 115. O tempo de queima foi de 2 h. As seguintes propriedades foram determinadas: retração linear, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente e resistência à compressão. Os resultados mostram que a temperatura influenciou fortemente as propriedades físicomecânicas, principalmente acima de 95ºC, devido a vitrificação e a recristalização de novas fases a partir da metacaulinita. Palavras-Chaves: argila vermelha, cerâmica estrutural, sinterização. INTRODUÇÃO Os materiais argilosos constituem-se nas matérias -primas principais utilizadas na fabricação de produtos de cerâmica estrutural/vermelha. Isto é decorrente dos seguintes fatores (1) : a) Estes materiais estão disponíveis em grandes quantidades e são de baixo custo; b) apresentam consistência plástica quando é adicionado água na proporção adequada; c) permite o emprego de técnicas de conformação relativamente simples; e d) após queima apresentam resistência mecânica adequada para este tipo de aplicação. De modo geral é possível a fabricação de produtos de cerâmica estrutural/vermelha com variados tipos de argila e oriundas dos mais diversos lugares do mundo (2), (3). A região de Campos dos Goytacazes - RJ é rica em depósitos de argilas predominantemente cauliníticas (4). Nesta região está instalado um pólo cerâmico que congrega cerca de cento e dez unidades produtivas (olarias e cerâmicas), cujos produtos principais são blocos cerâmicos e telhas (5). É prática comum na região que as unidades produtivas preparem empiricamente as massas cerâmicas a partir da mistura entre duas ou mais argilas em proporções pré-determinadas. Em geral essas massas preparadas são constituídas de uma argila mais plástica (argila gorda) e de uma argila menos plástica (argila magra), com consistência adequada para conformação por extrusão. Nos últimos anos as argilas de Campos dos Goytacazes - RJ têm sido intensivamente caracterizadas quanto aos aspectos físico-químico-mineralógico (6), (7), (8). No entanto, existem ainda poucas informações sobre o comportamento de queima destas argilas. Este trabalho é voltado para o estudo do comportamento de queima de uma amostra de argila vermelha típica da região de Campos dos Goytacazes - RJ. Ênfase especial é dada ao efeito da temperatura de patamar sobre a densificação dos corpos cerâmicos. 199

2 ATERIAIS E ÉTODOS DE ANÁLISE No presente trabalho foi utilizada uma amostra de argila vermelha típica da região de Campos dos Goytacazes - RJ. Esta argila coletada diretamente na Cerâmica é utilizada para fabricação de blocos cerâmicos. A amostra foi inicialmente submetida a processo de cominuição, em seguida foi classificada por peneiramento para obtenção de um pó argiloso (< 6 mesh). A Tabela I mostra a composição química da amostra de argila. Esta argila é constituída pelos argilominerais caulinita e ilita/mica com predominância de caulinita, bem como por quartzo e gibsita como minerais acessórios. Do ponto de vista térmico a amostra de argila tem apresentado um comportamento tipicamente caulinítico (8). Tabela I - Composição química da argila vermelha utilizada, % em peso. SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 no go CaO K 2 O Na 2 O PF 42,9 3,9 1,92 1,28,3,74,13 1,4,32 12,55 PF = perda ao fogo Os corpos cerâmicos foram obtidos por prensagem uniaxial, numa matriz de aço cilíndrica de cavidade de com diâmetro de 1 mm. A pressão de compactação utilizada foi de aproximadamente 24 Pa. A queima foi realizada na faixa de temperaturas de patamar de 75ºC até 115ºC em forno tipo mufla, sendo os corpos cerâmicos mantidos na temperatura de patamar por 2 h. No processo de queima utilizou-se um ciclo de queima lento. As seguintes propriedades dos corpos cerâmicos queimados foram determinadas: retração linear, absorção de água, massa específica aparente, porosidade aparente e resistência a compressão. Além disso, foram realizados experimentos de difração de raios-x nos corpos cerâmicos queimados, no sentido de identificar as fases presentes remanescentes e as novas fases formadas durante o processo de queima. RESULTADOS E DISCUSSÃO No presente trabalho o comportamento de queima da amostra de argila vermelha foi monitorado através dos seguintes parâmetros: retração linear, absorção de água, massa específica aparente, porosidade aparente e resistência a compressão. Os resultados obtidos (Figs. 1-5) indicaram que estes parâmetros são fortemente influenciados pela temperatura de patamar. A Figura 1 mostra o comportamento do parâmetro de retração linear dos corpos cerâmicos em função da temperatura de patamar. Observa-se que os corpos cerâmicos apresentam baixo valor de retração linear (1,77 3,82%), quando sinterizados até por volta de 95ºC. Isto deve-se fundamentalmente ao fato de que na faixa de temperatura entre 75ºC e 95ºC, a sinterização é dominada pelo contato partícula-partícula, principalmente de metacaulinita. De forma que até por volta de 95ºC tem-se um processo de sinterização de estado sólido. Isto corresponde ao primeiro estágio de sinterização de materiais argilosos. Entre 95ºC e 1ºC, observa-se claramente uma mudança no comportamento do parâmetro de retração linear. Nesta faixa de temperatura dá-se o início da cristalização das fases cerâmicas de alta temperatura a partir das plaquetas de metacaulinita (8), bem como a formação de uma fase vítrea. A partir de então, aumentando-se a temperatura aumenta-se cada vez mais o parâmetro de retração linear (6,27-12,66%). Isto ocorre devido a formação de uma maior quantidade de fase vítrea, de forma que por volta de 1ºC a sinterização por fluxo viscoso começa a dominar o processo de densificação de corpos cerâmicos a base de argila. O parâmetro de absorção de água (Fig. 2) tem um comportamento similar ao observado para retração linear. Nota-se que a partir de 95ºC ocorre uma diminuição significativa nos valores de absorção de água. Isto se deve ao fato de que a porosidade aberta dos corpos cerâmicos começa a ser preenchida com a formação da fase vítrea. Este comportamento é comprovado pelos valores de porosidade aparente (Fig. 3) e massa específica aparente (Fig. 4). A Figura 5 mostra o comportamento da resistência a compressão dos corpos cerâmicos em função da temperatura de patamar. Observa-se que a resistência a compressão é fortemente dependente da temperatura de patamar, principalmente a partir de 1ºC. 2

3 14 12 Retração Linear (%) Figura 1 - Retração Linear em função da Temperatura de Patamar. Absorção de Água (%) Figura 2 - Absorção de Água em função da Temperatura de Patamar. 45 Porosidade Aparente (%) Figura 3 - Porosidade aparente em função da temperatura de patamar. 21

4 assa Específica Aparente (g/cm3) 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1, Figura 4 - assa Específica Aparente em função da Temperatura de Patamar. 16 Resistência à Compressão (Pa) Temperatura de Patamar (º C) Figura 5 - Resistência à Compressão em função da Temperara de Patamar. Os difratogramas de raios-x para os corpos cerâmicos queimados são mostrados na Figura 6. Nesta figura são mostrados os difratogramas dos corpos cerâmicos para as seguintes temperaturas de patamar: 9ºC (Fig. 6a), 95ºC (Fig. 6b) e 115ºC (Fig. 6c). Em 9ºC, observa-se apenas a presença de picos de difração característicos do quartzo e ilita/mica. Isto comprova que nesta temperatura a caulinita foi transformada para a metacaulinita amorfa. Em 95ºC, fica evidenciado o aparecimento de picos, ainda com pequena intensidade, da mulita primária. Nota-se também que a ilita/mica está presente nesta temperatura. Em 115ºC, observa-se claramente picos característicos de mulita primária e cristobalita. Há indícios também da presença do espinélio. Portanto, a cristalização de novas fases a partir de 95ºC concomitantemente com a vitrificação, justificam as alterações observadas nas propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos. 22

5 intensidade (u.a.) Cr θ (graus) Cr - ulita - uartzo Cr - Cristobalita E - Espinélio Cr E c) I/ - Ilita/ica - uartzo - ulita E - Espinélio intensidade (u.a.) I/ I/ I/ I/ E b) θ (graus) intensidade (u.a.) I/ I/ I/ - uartzo I/ - Ilita/ica θ (graus) a) Figura 6 - Difratogramas de raios - X para os corpos cerâmicos queimados nas seguintes temperaturas de patamar: a) 9 ºC; b) 95 ºC; e c) 115 ºC. 23

6 CONCLUSÕES Dos resultados apresentados as seguintes conclusões podem ser tiradas. A sinterização de material argiloso é um processo complexo, no qual a densificação ocorre simultaneamente com a formação de novas fases cristalinas e vítrea. Foram observados dois estágios distintos de sinterização para a faixa de temperatura empregada (75ºC - 115ºC). Entre 75ºC e 95ºC, tem-se basicamente um processo de sinterização sólida com pouca influência nas propriedades dos corpos cerâmicos. A partir de 95ºC, a sinterização é governada por um mecanismo de fluxo viscoso. Além disso, a densificação é acelerada devido a cristalização de novas fases a partir da metacaulinita, como por exemplo a mulita primária, bem como a formação da fase vítrea. As propriedades físicomecânicas foram significativamente melhoradas. Isto sugere que corpos cerâmicos a base de argila para construção civil, devem ser sinterizados numa temperatura que não seja inferior ao início do segundo estágio de sinterização. AGRADECIENTOS Os autores deste trabalho agradecem a FAPERJ (processo: E - 26 / /2) pelo suporte financeiro. REFERÊNECIAS 1. P.S. Santos, Ciência e Tecnologia de Argilas, vol. 1, Edgard Blücher, São Paulo, S.P., 1989, 48p. 2. C.F. Gomes, Argilas - O que são e para que servem, Editora Fundação Caloustre, Lisboa, Portugal, A.G. Verduch, Técnica Cerâmica 232, (1995) R. Sanchez, J.N.F. Holanda, Anais do 46º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Paulo, S.P., (22), em CD RO. 5. J.N.F. Holanda, C..F. Vieira, undo Cerâmico 82, (22) J. Alexandre, F. Saboya, B.C. arques,.l.p. Ribeiro, C. Salles,.G. Silva,. Sthel, L.T. Auler, H. Vargas, The Analyst 124, (1999) C..F. Vieira, J.N.F. Holanda, D.G. Pinatti, Cerâmica 46, 297 (2) G.P. Souza, R. Sanchez, J.N.F.Holanda, Cerâmica 48, 36 (22) FIRING BEHAVIOUR OFA RED CLAY USED IN STRUCTURAL CERAIC F. A C. ilheiro, J. N. F. Holanda Av. Alberto Lamego 2, Parque Califórnia, CEP: , Campos dos Goytacazes. holanda@uenf.br Universidade Estadual do Norte Fluminense - UENF, Laboratório de ateriais Avançados - LAAV, Setor de ateriais e eio Ambiente - SEA ABSTRACT The main objective of this work is to evaluate the firing behaviour of a red clay from Campos dos Goytacazes-RJ used in ceramic products for civil construction. The clay sample (< 6 mesh) was characterized under the following aspects: X-ray diffraction, chemical composition and thermal behaviour. The ceramic bodies were obtained by the uniaxial pressing at 24 Pa using a cylindrical die (φ = 1 mm), and fired in the following temperatures: 75, 8, 85, 9, 95, 1, 15, 11 e 115 ºC. The firing time was of 2 h. The following properties were determined: linear shrinkage, water absorption, apparent density, apparent porosity and compressive strength. The results show that the physical-mechanical properties were strongly influenced by the firing temperature, mainly above 95 ºC due the vitrification and the crystallization of phases new from metakaolinite. key-words: Red clay, structural ceramic, sintering. 24