21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil

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1 ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÂNICAS DE ARGILAS VERMELHAS DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE E DA PARAÍBA, VISANDO O REAPROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DESCARTADOS EM MEIO AMBIENTE. G. A. M. Falcão 1 ; L. S. Colaço 2 ; E. Q. Ramos Jr 2 ; R. S. Macedo 3 Av. Aprígio Veloso, Campina Grande Paraíba gabriellaamorim@hotmail.com Universidade Federal de Campina Grande 1 Bolsista do PIBIC/UFCG/CNPq 2 Alunos do curso de Eng. de Materiais da UFCG 3 Prof. da Unid. Acadêmica de Engenharia de Materiais RESUMO A argila é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que não são argilominerais, matéria orgânica e outras impurezas. Este trabalho tem como objetivo analisar as características físico-mecânicas de amostras de argila utilizada na fabricação de telhas e blocos cerâmicos no entorno das cidades de Parelhas RN e Taperoá PB, e fazer uma aplicação dos resíduos de telhas que são descartados na formulação de massa cerâmica reaplicada na fabricação de telhas, tentando assim encontrar uma melhor forma de se reaproveitar os resíduos, sem que haja uma queda das suas propriedades mecânicas, reduzindo a quantidade de material queimado e mostrando um destino para os resíduos que são descartados em ambientes abertos. Os resultados indicam que as amostras ensaiadas apresentam características físico-mecânicas que atendem aos valores mínimos necessários à produção de telhas e blocos cerâmicos, o que indica a possibilidade de reaproveitamento dos resíduos de telhas que são descartados ao meio ambiente. Palavras-chaves: matérias-primas, cerâmica vermelha, massa argilosa. 867

2 INTRODUÇÃO Estudos sobre matérias-primas argilosas empregadas nas indústrias de cerâmica vermelha estrutural têm como objetivo a busca de informações que possam auxiliar no desenvolvimento de produtos e processos. O resultado poderá ser refletido através da obtenção de produtos de melhor qualidade, seja por mudanças nas formulações das misturas, seja por melhorias no processo de fabricação, através do controle das propriedades das matérias-primas. Na região do entorno das cidades de Taperoá (PB) e Parelhas (RN), existem pequenas olarias, cujas atividades de extração mineral e produção de blocos e telhas cerâmicas, vêm sendo conduzida há anos, em sua grande maioria, sem qualquer orientação técnica no que se refere ao aproveitamento dos materiais argilosos, matéria-prima básica para a fabricação de produtos cerâmicos destinados a indústria da construção civil. A incorporação de resíduos com granulometria fina possui uma característica favorável à indústria cerâmica, devido à granulometria das matérias-primas interferirem em diversas propriedades destes materiais, dentre elas, a retração total do produto e tempo de secagem durante o processo de fabricação (1). A indústria cerâmica é reconhecida como uma das mais importantes potências da construção civil. Após a lei da política nacional de resíduos sólidos ter sido sancionada, o setor tem como desafio conciliar atividade produtiva com as condições que conduzam a um desenvolvimento sustentável e menos agressivo ao meio ambiente. O mercado consumidor dos produtos cerâmicos é formado por, principalmente, o da construção civil (1). Os resíduos são gerados durante o processo de produção ou no transporte e são descartados no pátio das empresas, beira de estradas, terrenos abandonados, etc. Assim os resíduos gerados pela produção de telhas, além de trazer problemas estéticos à paisagem, trazem grandes problemas ao meio ambiente. O estudo do reaproveitamento de resíduos tem sido objeto de estudo de vários pesquisadores com o intuito de amenizar o impacto ambiental gerado pelo descarte de resíduos no meio ambiente e promover uma otimização na cadeia produtiva, como é o caso do objetivo da presente pesquisa (2). 868

3 O material utilizado como referência para a incorporação das diferentes proporções de resíduos foi argila vermelha, que é a matéria-prima utilizada na fabricação de telhas e blocos cerâmicos. Os resíduos sólidos, incorporados em produtos cerâmicos, favorecem não só a melhoria das suas propriedades físicoquímicas como também pode auxiliar em processos de conformação, secagem e queima, além de promover economia de recursos naturais e garantir a utilização de matérias-primas que poderiam ser descartadas em aterros como lixo industrial. O grupo de pesquisadores de cerâmica vermelha da UAEMa/UFCG tem a preocupação com a adequada caracterização de argilas para aplicação em cerâmica estrutural e seu reflexo na produtividade e qualidade dos produtos finais comercializados na Região Nordeste. Diante deste contexto, a presente pesquisa objetivou fortalecer a competitividade da indústria de cerâmica vermelha da Paraíba e do Rio Grande do Norte, através de informações técnicas das características físicas e mecânicas de argilas utilizadas na produção de blocos e telhas cerâmicas, coletadas em olarias das cidades de Taperoá (PB) e Parelhas (RN), visando determinar se estas matérias-primas apresentam as características mínimas para a confecção destes produtos, além de fazer um estudo dos resíduos de telhas que são descartados, objetivando a reutilização na produção das mesmas, produzidas no entorno da cidade riograndense, tentando assim encontrar uma melhor forma de se reaproveitar os resíduos, reduzindo a quantidade de material queimado e mostrando um destino para os resíduos que são descartados ao meio ambiente. MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização da pesquisa foi coletada uma massa cerâmica pronta em uma empresa, utilizada na produção de blocos cerâmicos localizada no município de Taperoá (PB) e em outra foram coletadas a matéria-prima e o resíduo de telha em Parelhas (RN), denominadas por ACTA e ACPA, respectivamente. As massas básicas foram secas à 110ºC, sofreram os devidos beneficiamentos, submetidos aos ensaios de granulometria, plasticidade e análise química. O resíduo de telha também foi seco e moído até passar na peneira 50 meshs. As formulações analisadas foram com 20% (R-20), 25% (R-25) e 30% (R-30) de resíduo de telha do peso total da composição da massa argilosa com resíduo. Para avaliar a trabalhabilidade das massas, determinou-se a plasticidade através 869

4 dos limites de Atterberg, de acordo com as normas técnicas NBR 6459/84 e NBR 7180/84 da ABNT (3, 4). Depois as composições foram umidificadas com um de teor água correspondentes ao LP das amostras em análise e homogeneizadas. Em seguida foram colocadas e vedadas em sacos plásticos para melhor distribuição de água entre as partículas da massa cerâmica. Os corpos de prova foram conformados por extrusão nas dimensões 10 x 2 x 1 cm e secos a 110ºC em uma mufla. Depois foram medidos, pesados e alguns corpos de prova secos foram submetidos a ensaios de tensão a ruptura à flexão (TRF) para avaliar a resistência mecânica das peças secas. Em seguida os demais corpos de prova foram queimados em um forno elétrico de laboratório nas temperaturas de 800, 900 e 1000ºC, a uma velocidade de 2ºC/mim. Em sequencia foram submetidos aos ensaios das propriedades tecnológicas de absorção de água (AA), massa específica aparente (MEA), retração linear de queima (RLQ), perda ao fogo (PF) e tensão de ruptura à flexão (TRF), estes em três pontos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 constam os resultados de plasticidade e do tamanho de partículas com diâmetros abaixo de 2 μm, entre 2 e 20 μm e acima de 20 μm. Analisando os resultados do ensaio de plasticidade com os de tamanhos de partículas constantes na Tabela 1, e comparando com o diagrama de Winkler (5), observa-se que as amostras ensaiadas apresentam baixos percentuais da fração argila (< 2 μm) para serem utilizadas na fabricação de telhas e blocos, no entanto, as frações de silte (2-20 μm) e areia (> 20 μm) se encontram na faixa aceitável. Quanto aos valores dos ensaios de plasticidade, as amostras apresentaram valores aproximados e dentro da faixa de plasticidade mediana adequada para a produção de blocos e telhas, segundo a literatura consultada (6). Tabela 1 Índice de plasticidade e distribuição de tamanho de partícula das amostras estudadas. AMOSTRA COMPOSIÇÃO LP(%) IP (%) GRANULOMÉTRICA (%) < 2 μm 2-20 μm > 20 μm ACTA 23,55 14,55 9,00 53,49 37,61 ACPA 27,55 14,73 10,19 65,17 24,52 870

5 Observa-se que as amostras ensaiadas apresentam índice de plasticidade superior a 10%, que é o índice considerado mínimo. Abaixo deste valor torna-se crítica a etapa de conformação, já que há um risco de mudança no comportamento plástico com pequena alteração na quantidade de água utilizada. A Tabela 2 representa a composição química das amostras estudadas. Notase que a amostra ACTA apresenta um maior teor de óxido de ferro em comparação com a amostra ACPA, o que é característico de argilas que queimam na cor vermelha. Os compostos de ferro são os principais responsáveis pela coloração das cerâmicas argilosas. A amostra ACTA destaca-se em virtude da maior teor de K2O e maior relação SiO2/Al2O3, que a amostra ACPA. Tabela 2 - Composição Química das amostras analisadas, em (%). ÓXIDOS ACTA ACPA SiO 2 46,90 43,91 Al 2 O 3 21,55 21,74 Fe 2 O 3 9,85 7,44 K 2 O 3,78 3,28 MgO 2,36 2,35 CaO 1,76 1,65 TiO 2 1,40 1,66 SO 3 0,17 0,88 MnO 0,08 0,07 ZrO 2 0,08 0,07 P 2 O 3-0,06 Outros 0,08 2,17 PF Nota-se também a presença de outros óxidos em menor quantidade como, cálcio (CaO), magnésio (MgO), potássio (K 2 O), entre outros. O cálcio e o magnésio podem estar relacionados à presença de pequenos teores de calcita magnesiana e serem oriundos de argilomineral esmectítico. Já o potássio está relacionado à mica e ao feldspato presente nas amostras. Deste modo, observa-se que as amostras são de composições típicas de argila para cerâmica vermelha (7) com predominância de SiO 2 e Al 2 O 3 e altos teores de Fe 2 O 3. Na Tabela 3, a seguir, tem-se os valores numéricos, médias com desvio padrão, das propriedades físico mecânicas dos corpos de prova processados por extrusão e sinterizados nas temperaturas de 800, 900 e 1000ºC. 871

6 Analisando os dados da citada Tabela verifica-se que os valores para as propriedades tecnológicas de absorção de água (AA), massa específica aparente (MEA), retração linear de queima (RLQ) estão dentro da faixa de valores de referência. Já para a perda ao fogo (PF) observa-se um aumento nos valores encontrado nas formulações com o resíduo de telhas, o que deveria ser o contrário, uma vez que se trata do resíduo de um produto já sinterizado em uma temperatura em torno de 900ºC, provavelmente ocorreu um erro de operação na pesagem durante o ensaio. AMOS- TRAS Tabela 3 - Ensaios cerâmicos dos corpos de prova extrudados e sinterizados nas temperaturas de 800, 900 e 1000ºC. TENSÃO T(ºC) ABSORÇÃO MASSA RETRAÇÃO PERDA DE DE ESPECÍFICA LINEAR DE AO RUPTURA ÁGUA (%) APARENTE QUEIMA FOGO (%) À FLEXÃO (g/cm 3 ) (%) (MPa) ,87 ±0,5 1,95 ± 0,02 17,89±0,70 0,88±0,004 13,28±2,10 ACTA 900 9,27 ±0,09 1,96±0,004 16,98±0,11 0,10 ± 0,07 11,44±0, ,85 ±0,02 2,05±0,006 14,09±1,72 1,03±0,083 11,79±0, ,33±1,09 1,85±0,04 19±0,76 0,68±0,80 15,64±0,06 ACPA 900 9,84±1,23 1,90±0,02 20,53±0,72 1,14±0,05 14,65±0, ,25±0,23 2,03±0,01 23,48±0,53 2,15±0,01 14,38±0, ,73±0,44 1,55±0,04 2,47±1,64 11,49±0,44 2,48±0,12 R ,73±0,15 1,56±0,05 2,15±1,8 13,91±0,15 4,44±0, ,14±0,83 1,55±0,08 5,73±0,09 8,70±0,89 4,62±0, ,28±0,98 1,83±0,03 0,32±0,61 11,37±0,98 2,97±0,37 R ,22±0,81 1,58±0,05 1,04±1,03 13,22±0,81 4,80±0, ,31±0,01 1,60±0,02 4,85±0,61 7,31±0,01 4,89±0, ,92±0,13 1,78±0,15 0,75±0,015 14,32±0,12 3,09±0,04 R ,38±0,81 1,63±0,01 1,59±0,043 13,43±0,74 4,77±0, ,76±0,55 1,64±0,03 5,10±0,048 6,45±-,54 4,81±0, ,04±0,01 1,83±0,01 3,21±0,07 17,34±0,89 4,39±0,35 R ,14±0,39 1,86±0,01 0,80±1,13 11,12±0,15 4,40±0, ,05±0,95 2,09±0,04 3,12±0,81 6,77±0,93 5,32±0,29 VR* a 25 1,7 a 2,2 NE NE 6 a 30 *VR = valores de referência; NE = não determinados Com relação a tensão de ruptura à flexão observou-se que as amostras ACTA e ACPA apresentaram resultados satisfatórios dentro da faixa de valores de referência na literatura consultada (7), enquanto que as amostras misturadas com resíduo apresentaram valores para a TRF inferior aos das amostras de massa pronta, onde se observou que os corpos de prova confeccionados com resíduos em sua grande maioria, apresentaram o defeito de coração negro, que é uma deformação piroplástica, que deteriora as características técnicas e estéticas do produto, mascarando assim, o resultado do ensaio. 872

7 Analisadas estas propriedades físico-mecânicas, que são as mais requeridas na indústria de cerâmica vermelha, verifica-se que os corpos cerâmicos estudados apresentaram resultados dentro da faixa de valores recomendados pela literatura (7), para que uma massa cerâmica possa ser utilizada na produção de blocos e telhas cerâmicas por processo de extrusão. CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos com as amostras de massa pronta e com as formulações com adição de percentuais de resíduos de telhas, conclui-se que: os valores de granulometria e plasticidade das amostras estão dentro da faixa aceitável pela literatura consultada sobre as características de cerâmicas vermelhas. que as características físico-mecânicas dos corpos de prova das amostras ACTA e ACPA indicam que ela pode ser empregada na produção de blocos e telhas cerâmicas, atendendo assim, as especificações para se ter produtos de qualidade. os corpos de provas confeccionados com resíduos que são descartados na produção de telhas, que é um material inerte e que não contribuiu de forma efetiva no processo de sinterização da massa responsável pelo aumento da resistência mecânica dos corpos cerâmicos, apresentando o defeito de corpo negro, precisando de um melhor controle na realização de novos estudos. REFERÊNCIAS (1) DELGADO, D., LOPES D. V., RODRIGUES, T. B., PINTO, B. C. C. SANTOS, C. S. X., QUEIROZ, A.P., Estudo da adição do resíduo co-gerado de bauxita em argilas vermelhas visando a fabricação de elemetos cerâmicos para pavimentação. In: 57º CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, Natal, RN, 2013: Anais...São Paulo: ABC, Brasil, (2) SOARES, R. A. L., TEIXEIRA, A. S. N. M., CASTRO, J. R. S. Avaliação das propriedades tecnológicas de uma massa cerâmica estrutural com adição de resíduo de telha. In: 57º CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, Natal, RN, 2013: Anais...São Paulo: ABC, Brasil,

8 (3) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6459: Determinação do limite de liquidez método de ensaio. Rio de Janeiro, (4) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7180: Determinação do limite de plasticidade método de ensaio. Rio de Janeiro, (5) TRINDADE, M. F. S.; SOUZA, A. G.; SILVA, J. H. E.; SILVA, J. M.; SANTOS, I. M. G. Estudo comparativo entre massas para blocos cerâmicos provenientes de diferentes regiões da Paraíba. In: 45 CONGRESSO BRASILEIRO DE CERAMICA, Maio de (6) MACEDO, R. S. Estudo comparativo entre massas cerâmicas industriais e aditivadas para uso em blocos cerâmicos f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) - CCT/UFCG, Campina Grande. (7) SOUZA SANTOS, P., Ciência e tecnologia de argilas,1 e 2 v. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blücher, ANALYSIS OF PHYSICAL-MECHANICAL RED CLAY OF RIO GRANDE DO NORTE AND PARAÍBA, AIMING AT WASTE RECLAIMING DROPPED IN THE ENVIRONMENT ABSTRACT Clay is a natural material, earthy texture, fine grained, consisting predominantly of clay minerals, and may contain other minerals that are not clay minerals (quartz, mica, pyrite, hematite, etc.), organic matter and other impurities. This work is analyze the physical-mechanical characteristics of samples of clay used in the manufacture of ceramic tiles and blocks in the vicinity of cities and Parelhas RN and Taperoá - PB and make an analysis of the waste that is discarded in the production of bricks and tiles, so trying to find a better way to reuse the waste in the production of the same, reducing the amount of material burnt and showing a destination for waste that is disposed of in open environments, without a drop in mechanical strength. The results indicate that the tested samples have physical and 874

9 mechanical characteristics that meet the minimum values needed to produce ceramic tiles and blocks, which indicates the possibility of reuse of waste materials that are discarded in open environments. Keywords: raw, red ceramic, clay mass. 875