EFEITO DA INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DA ETAPA DE PRODUÇÃO DA ALUMINA ELETROFUNDIDA NAS PROPRIEDADES DA CERÂMICA VERMELHA M. Nicolite (1), G. C. G. Delaqua (1), L. F. Amaral (1), F. Vernilli (2), C.M.F. Vieira (1). (1) Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - LAMAV (2) Escola de Engenharia de Lorena - USP Av. Alberto Lamego, 2000, Pq. Califórnia, Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil. CEP: 28013-602 micaela_uenf@yahoo.com.br RESUMO Com o objetivo de avaliar o efeito da incorporação do material particulado gerado na etapa de eletrofusão da alumina de uma indústria de abrasivos, nas propriedades físicas e mecânicas da cerâmica vermelha foram preparadas formulações com incorporações de resíduo em até 20% em peso em massas cerâmicas contendo argila caulinítica. Corpos de prova retangulares foram moldados por prensagem uniaxial em 41 MPa para queima na temperatura de 900 C. As propriedades avaliadas foram: retração linear, absorção de água e tensão de ruptura à flexão. Os resultados indicaram que a incorporação do resíduo prejudicou as propriedades da cerâmica, aumentando a absorção de água e reduzindo a resistência mecânica na temperatura investigada. Contudo, as propriedades avaliadas das peças cerâmicas contendo até 10% de resíduo situaram-se dentro dos limites estabelecidos pelas normas e recomendações para tijolos de alvenaria. Isto torna a indústria de cerâmica vermelha uma importante via para o reaproveitamento do resíduo investigado. Palavras-chave: cerâmica argilosa; material particulado; eletrofusão; alumina. INTRODUÇÃO De maneira geral, as atividades de extração e beneficiamento mineral produzem riquezas para os países, contudo diariamente milhões de toneladas de resíduos são gerados em todo o mundo. Os destinos ecologicamente toleráveis mais comuns para esses resíduos são os aterros industriais, que por sua vez, tendem a elevar os custos da produção. Na tentativa de driblar os altos custos com a destinação adequada, muitas empresas no Brasil descartam seus resíduos diretamente no ambiente, sem qualquer tratamento, acarretando sérios prejuízos ao meio. (1) Nesse sentido, torna-se necessário o desenvolvimento de alternativas, as quais visem a reciclagem e/ou reutilização dos resíduos industriais gerados. A inclusão de 614
resíduos em ciclos produtivos vêm surgindo como uma forma alternativa de reutilização, que é interessante tanto no aspecto ambiental como no econômico. Não obstante, o caráter finito dos recursos minerais e a preocupação com a gradativa exaustão das jazidas, têm levado as indústrias cerâmicas a incorporarem nas formulações de massa, determinado percentual de resíduos que podem possuir características análogas à matéria-prima utilizada na tentativa de racionalizar o uso de recursos naturais e ainda melhorar as propriedades do produto final. Shakir e Mohammed (2) reportaram sobre o estado da arte do uso de diversos resíduos na fabricação de tijolos, tais como: areia de fundição, serragem de granito, sedimentos portuários, perlita, cinza de bagaço de cana de açúcar, chamote, resíduos de boro, lodo de esgoto, resíduos de vidro, entre outros. Neste cenário, os resíduos industriais têm se mostrado uma fonte alternativa e abundante de matéria-prima, trazendo benefícios tanto para as indústrias geradoras quanto para as recicladoras. A indústria de grãos abrasivos utiliza a bauxita como principal matéria-prima para obtenção de alumina eletrofundida. Neste processo a bauxita juntamente com outras matérias-primas é aquecida em fornos de eletrofusão chegando a temperatura superior a 2000 C. O sistema de exaustão utilizado nestes fornos de eletrofusão captam as partículas finas geradas no sistema de alimentação das matérias-primas. Devido ao pequeno tamanho das partículas, este pó não pode ser reinserido no processamento, devendo portanto, sofrer o descarte. Sendo assim, a viabilidade técnica da incorporação deste resíduo no ciclo produtivo da cerâmica vermelha torna-se um fator decisivo no desenvolvimento sustentável, por isso este trabalho visa avaliar o efeito da incorporação do material particulado gerado na etapa de eletrofusão da alumina, nas propriedades físicas e mecânicas da cerâmica vermelha. MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais utilizados foram o pó gerado na etapa de eletrofusão da alumina, aqui denominado AEF e argila caulinítica, denominada Carolinho, coletada no município de Campos dos Goytacazes RJ. Resíduo similar já foi caracterizado por Menezes et al. (3) e sua composição química encontra-se na Tabela 1. 615
Tabela 1: Composição química do resíduo AEF (% em massa) (3) A argila já foi amplamente utilizada e caracterizada (4), onde foi possível constatar o predomínio de caulinita e quartzo, características tipicamente encontradas nas argilas da região, além de mica na sua composição. Sua caracterização química encontra-se na Tabela 2. Tabela 2: Composição química da argila Carolinho (4). Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O CaO MgO PF Carolinho 50,79 29,15 3,63 1,83 1,83 0,22 0,15 0,96 11,84 As matérias-primas foram secas em estufa de laboratório a 110 C por 24 horas e, posteriormente, passadas por completo em peneira de 40mesh (abertura de 420µm). A homogeneização das matérias-primas foi realizada em moinho de bolas por aproximadamente 20 minutos. Em seguida foram preparadas formulações com as proporções de 5, 10, 15 e 20% de resíduo adicionado a argila vermelha. Foram elaborados corpos de prova por prensagem uniaxial a 41 MPa, com 8% de umidade nas dimensões 114,0X 25,0X 11,0 mm. Após a prensagem, foram secos em estufa a 110 C por 24 horas e, posteriormente, medidos e pesados com uso de paquímetro e balança digitais. Os corpos de prova secos foram queimados em forno tipo mufla com taxa de aquecimento de 2 C/min com temperatura de patamar de 900 C, onde foram mantidos na temperatura por 3 horas. O resfriamento foi dado por convecção natural após o desligamento do forno, até atingir a temperatura ambiente. Após resfriadas, as peças foram novamente medidas e pesadas. Após queima, os corpos-de-prova foram submetidos a ensaio de caracterização física, com determinação da retração linear de queima, absorção de água (através do ensaio de imersão por 24 h) e módulo de ruptura a flexão em três pontos. 616
Absorção de água (%) RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 representa o percentual de absorção de água das peças cerâmicas queimadas à 900 C. Os resultados indicaram que a incorporação de 5, 10, 15 e 20% de resíduo em peso, de forma geral, aumentou a absorção de água. 24,0 23,5 23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 20,5 20,0 0% 5% 10% 15% 20% Resíduo de AEF (% em peso) Figura 1. Absorção de água da argila em função da quantidade de resíduo incorporado após queima a 900ºC. Aumentos na absorção de água indicam presença de poros no material, que na temperatura de queima investigada, restringe a adição de até 5% de resíduo AEF para produção de blocos de alvenaria (limite de 22% de absorção de água) (5), não sendo recomendável a produção de telhas, cujo limite é 20% (6). A Figura 2 mostra a retração linear de queima das peças cerâmicas com adição de resíduo AEF. É possível observar que a incorporação do resíduo não provocou alterações significativas na retração linear de queima a 900 C. Este fato está associado à diminuição na quantidade total de material argiloso nos corpos e a presença de um material não plástico, cuja principal função seria de enchimento na temperatura de queima investigada. Nesse sentido é interessante que os corpos queimados apresentaram um aumento acentuado da absorção mas não uma diminuição na retração, tal como era de se esperar, tendo em vista que há mais poros no material após queima e, por conseguinte, há uma maior a absorção (3). Esse comportamento aparentemente destoante quando da queima a 900 C pode estar associado ao empacotamento do sistema argila-resíduo, considerando a densidade real da argila e a densidade real do resíduo, observou-se que a adição de 617
Retração linear de queima (%) resíduo diminuiu a densidade relativa dos corpos de prova. Assim sendo, apesar de sua elevada finura, o resíduo comprometeu o empacotamento do sistema nessa temperatura. Então, mesmo não alterando significativamente a retração do sistema, o resíduo propicia a obtenção de maiores absorções de água, já que nessa temperatura de queima, aparentemente, ele atua apenas como material inerte, sem função auxiliar de fundente (3). 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 5% 15% Resíduo de AEF (% em peso) Figura 2: Retração linear de queima a 900 C das formulações contendo resíduo. Com relação à resistência mecânica dos corpos de prova, a Figura 3 indica uma redução na resistência mecânica das peças cerâmicas à medida que se adiciona o resíduo. Contudo, peças com adição de até 10% de resíduo situaram-se dentro dos limites estabelecidos pelas normas e recomendações para confecção de tijolos de alvenaria (2MPa) (7). 618
Resistência Mecânica (MPa) 8 7 6 5 4 3 2 0% 5% 10% 15% 20% Resíduo de AEF (% em peso) CONCLUSÃO Os resultados indicaram que a incorporação do resíduo prejudicou as propriedades da cerâmica, aumentando a absorção de água e reduzindo a resistência mecânica na temperatura investigada. Contudo, as propriedades avaliadas das peças cerâmicas contendo até 10% de resíduo situaram-se dentro dos limites estabelecidos pelas normas e recomendações brasileiras para tijolos de alvenaria. Isto torna a indústria de cerâmica vermelha uma importante via para o reaproveitamento do resíduo particulado gerado na etapa de eletrofusão da alumina. REFERÊNCIAS (1) ABETRE Associação Brasileira de Empresas de Tratamento de Resíduos. Panorama das Estimativas de Geração de Resíduos Industriais. Relatório Final. São Paulo, 72 p. 2003. (2) SHAKIR, A.A.; MOHAMMED, A.A. Manufacturing of Bricks in the Past, in the Present and in the Future: A state of the Art Review. International Journal of Advances in Applied Sciences (IJAAS) Vol. 2, No. 3, 145-156, 2013. 619
(3) MENEZES, R.R.; MARQUES, L. N.; SANTANA, L. N. L.; KIMINAMI, R. H. G. A.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H. S. Uso de resíduo da produção de alumina eletrofundida na produção de blocos e telhas cerâmicos. Cerâmica 56, p.244-249. 2010. (4) MONTEIRO, S. N.; PEÇANHA, L. A.; VIEIRA, C. M. F. Reformulation of roofing tiles body with addition of granite waste from sawing operations. Journal of the European Ceramic Society, v.24, Pág. 2349-2356. 2004 (5) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 15270-1 - Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação: terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, 2005. (6) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 13310 - Componentes cerâmicos: telhas: terminologia, requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2005. (7) VIEIRA, C.M.F; LOVISE, L.S.; RIBEIRO, M.M.; SÁNCHES, R.; MONTEIRO, S.N.; LOSS, T.L. Reciclagem de material particulado de uma planta de sinterização de uma siderúrgica em cerâmica vermelha. Tecnol. Metal. Mater. Miner., São Paulo, v. 8, n. 4, p. 243-247, 2011. EFFECT OF INCORPORATION OF RESIDUE FROM ALUMINA PRODUCTION ADJUSTMENTS STEP IN CERAMIC PROPERTIES ABSTRACT In order to evaluate the effect of incorporation of particulate material generated in alumina electro-fusion step of an abrasive industry, in physical and mechanical properties of ceramic formulations were prepared with incorporation of residue in up to 20% by weight in materials containing clay caulinítica. Rectangular specimens were shaped by uniaxial pressing in 41 MPa for burns at the temperature of 900 C. The properties were evaluated: linear shrinkage, water absorption and flexural rupture strength (three points). The results indicated that the incorporation of residue has damaged the properties of ceramics, increasing the absorption of water and reducing the mechanical resistance on temperature investigated. However, the 620
evaluated properties of ceramic parts containing up to 10% of residue were within the limits established by the rules and recommendations for masonry bricks. This makes the ceramic industry an important way for the reuse of residue investigated. Key-works: clayey ceramic; particulate matter; electro-fusion; alumina 621