CARACTERIZAÇÃO DE ARGILAS UTILIZADAS PARA FABRICAÇÃO DE CERÂMICA ESTRUTURAL NA REGIÃO DE MONTE CARMELO, MG V.F.J. Kozievitch (1) ; F.R. Valenzuela-Diaz (1) ; J.F. Dias (2) e S.M. Toffoli (1) (1) Laboratório de Matérias Primas Particuladas e Sólidos Não-Metálicos - LMPSol Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da USP Av. Prof. Lineu Prestes, 580-05508-900 São Paulo, SP E-mail: toffoli@usp.br (2) Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia Resumo Este trabalho teve como objetivo caracterizar preliminarmente sete diferentes argilas utilizadas na fabricação de Cerâmica Estrutural na região de Monte Carmelo, estado de Minas Gerais. As argilas estudadas são utilizadas na fabricação de blocos e telhas cerâmicas para a Construção Civil. Neste trabalho são apresentados resultados de caracterização das argilas obtidos pela realização de ensaios de difração de raios-x (DRX) e ensaios cerâmicos. Para cada amostra conformaram-se corpos de prova por prensagem uniaxial em matriz metálica à uma pressão de 42 MPa. Observou-se a cor após secagem a 110 C e após queima a 950 C. Foram medidas a retração linear na secagem e na queima, porosidade e densidade aparentes, absorção de água e resistência mecânica em três pontos para todos os corpos de prova. Palavras-chave - argilas, cerâmica estrutural, caracterização Abstract The objective of this paper is to present the preliminary characterization of seven different clays used in the fabrication of structural clay products in the region of Monte Carmelo, state of Minas Gerais, Brazil. These raw-materials are employed in the fabrication of bricks and roof tiles for the Civil Construction. The X-ray diffraction and the ceramic tests of the seven clays are presented. For each individual clay, specimens were uniaxially pressed in metallic molds at 42 MPa and some were fired at 950ºC. The colors of the specimens were observed, and the linear retraction at drying and at firing were measured, along with the apparent porosity and density, water absorption and three-point bending strength. Keywords - clays, structural clay, characterization CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02501
Introdução O setor de cerâmica estrutural (ou vermelha) é responsável pela fabricação de produtos que são muito utilizados basicamente pela Construção Civil. Dentre esses produtos, destacamse: telhas, tijolos, lages e blocos de vedação. Esse segmento da Indústria Cerâmica utiliza, no Brasil, em torno de 60.000.000 toneladas de matérias primas ao ano; o processamento da matéria prima é distribuído em cerca de 11.000 unidades de produção, sendo que o valor da produção anual está em torno de U$2.500 milhões 2. Os tipos de instalações de fabricação desses produtos são variados, podendo ser desde uma simples olaria, com produção artesanal e poucos recursos tecnológicos, até grandes instalações que utilizam processos de fabricação com alta tecnologia e alto nível de automação 8. A necessidade de caracterizar e conhecer as propriedades das matérias primas utilizadas na fabricação de produtos utilizados para a Construção Civil se torna importante, pois, uma vez que se tenha resultados que indiquem a composição da argila, comportamento da matéria prima antes e após a queima, entre outros resultados, é possível verificar se a matéria prima que está sendo utilizada por uma determinada indústria é realmente indicada para a finalidade a que se dispõe. No Brasil, são poucos os produtores que dispõem de condições para analisar as características e propriedades das matérias primas, o que pode acabar gerando produtos de baixa qualidade, que apresentam problemas de trincas, fissuras, etc. 8 Outro fator importante a ser considerado é que, com a caracterização das propriedades das argilas para Cerâmica Estrutural, pode-se otimizar a aplicação desses recursos naturais, uma vez que esses resultados podem indicar uma utilização mais racional das argilas, principalmente quando a fabricação dos produtos não é feita combinando-se diversos tipos de matérias primas. Esses estudos podem fornecer subsídios para novas combinações entre diferentes argilas, podendo levar à obtenção de produtos com qualidade superior e também aumentando a vida útil de jazidas 7. Embora o Brasil possua grandes jazidas de argilas para cerâmica vermelha, com o passar do tempo as áreas de exploração vêm diminuindo, colocando em risco o abastecimento futuro 3. A região de Monte Carmelo, situada no Estado de Minas Gerais, é um dos centros de produção de cerâmica estrutural no Brasil. O objetivo deste trabalho é o de criar subsídios que estejam relacionados à melhoria da qualidade de produtos acabados, tais como blocos e telhas CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02502
cerâmicas, através da apresentação da caracterização preliminar de sete diferentes argilas que são atualmente utilizadas na fabricação de telhas cerâmicas pelos produtores da região. Materiais e Métodos Para a realização dos ensaios, utilizou-se sete diferentes argilas da região de Monte Carmelo, Minas Gerais, denominadas pelas letras A, B, C, D, E, F e G. Retirou-se cerca de 200g de amostra de cada argila com umidade natural de equilibrio e em seguida as amostras foram secas a 110 C em estufa por 48 horas sendo pesadas logo a seguir. Realizou-se ensaios de caracterização por difração de raios-x (DRX) em um equipamento Philips X'Pert MPD, utilizando radicação Kα-Cu e velocidade de varredura de 1 (2θ)/min. As amostras foram moídas manualmente em almofariz de porcelana e passadas em peneira ABNT 80 para fabricação dos corpos de prova. Para cada argila estudada foram moldados 10 corpos de prova nas dimensões 6,0 x 2,0 x 0,3 cm 3. A prensagem foi feita em matriz metálica de camisa flutuante a uma pressão de 42 MPa; pressões de compactação menores não resultaram em corpos de prova consistentes, utilizando as matérias primas com sua umidade natural de equilíbrio, a qual foi medida. Pesou-se em balança analítica e mediu-se cada corpo de prova com paquímetro digital. A seguir os corpos de prova foram secos em estufa a 110 C por 24 horas. Pesou-se e mediu-se novamente os corpos de prova, obtendo-se, dessa forma, o valor da umidade na prensagem, bem como, a retração linear na secagem; a cor também foi observada. Cinco corpos de prova de cada argila estudada foram queimados a 950 C por 3 horas, a uma velocidade de aquecimento de 3 C/min em forno elétrico de laboratório. A seguir os corpo de prova foram pesados e medidos obtendo-se os resultados de retração linear na queima; observou-se a cor de cada corpo de prova após queima. Os resultados de densidade aparente para as amostras sinterizadas foram obtidos utilizando-se o método de Arquimedes, ou seja, sistemática descrita por Souza Santos 1. Foram realizados ensaios de Módulo de Ruptura à Flexão (MRF) em três pontos para corpos de prova após secagem e após queima, utilizando um equipamento Panambra Versat 500. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02503
Resultados e Discussões A Figura 1 apresenta as curvas de difração de raios-x (DRX), para as argilas estudadas. Como pode ser observado, as curvas de DRX indicam que as argilas possuem composições mineralógicas diferentes. As curvas indicam a presença de quartzo (3,3Å), caulinita (7,1Å) e moscovita (9,9Å) para as argilas C, D, F, e G; já para as argilas A e B a presença de moscovita não é evidenciada, sendo detectada apenas a presença das fases cristalinas quartzo (3,3Å) e caulinita (7,1Å). Q M C C Q C CQ Q Q,C Q Argila: G F E D C B A Figura 1 - Curvas de DRX das argilas estudadas. M = Mica moscovita; C = Caulinita; Q = Quartzo A Tabela 1 apresenta as médias dos resultados obtidos para as propriedades cerâmicas para os corpos de prova das sete argilas que foram estudadas, após secagem a 110 C e após queima a 950 C. Como pode ser observado, os valores para retração linear após secagem e após queima, massa específica e densidade aparentes se encontram dentro das faixas de valores de argilas padrão brasileiras para Cerâmica Estrutural (ou Vermelha) especificadas por Souza Santos 1, apesar de alguns valores, como por exemplo, para porosidade aparente e absorção de água se encontrarem próximos aos limites superiores das faixas correspondentes. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02504
Argila Tabela 1 - Resultados das características cerâmicas das argilas utilizadas para cerâmica estrutural após secagem (110 C) e após queima (950 C) U p Rl s Rl q AA P ap MEA (g/cm 3 ) Ds (g/cm 3 ) MRF s (MPa) MRF q (MPa) A 6,1 0,3-3,4 20,3 37,5 2,1 2,9 1,6 5,3 M V B 2,8 0,2-1,4 22,9 38,2 1,7 2,7 1,6 9,5 M VC C 3,8 0,2-2,7 15,1 28,6 1,9 2,6 0,8 14,4 MC V D 4,9 0,4-1,3 17,3 31,5 1,8 2,7 1,5 11,8 C MC E 2,0 0,1-0,2 17,0 31,1 1,8 2,6 0,6 1,8 C VC F 3,0 0,2-1,3 22,6 37,2 1,7 2,6 2,0 15,3 C MC G 2,3 0,2-1,3 21,1 35,9 1,7 2,8 1,4 6,1 C MC Obs: Todos os valores dados na tabela são médias dos resultados para 5 corpos de prova. Cor s Cor q U p = umidade de prensagem Rl s = Retração linear na secagem Rl q = Retração linear na queima à 950 C AA = Absorção de água P ap = Porosidade aparente MEA = Massa específica aparente D s = Densidade aparente da parte sólida Cor s =Cor após secagem Cor q = Cor após queima M = Marrom MC = Marrom claro V = Vermelho VC - Vermelho claro C = Cinza MRF s = Módulo de ruptura à flexão após secagem MRF q = Módulo de ruptura à flexão após queima à 950 C Os resultados para o Módulo de Ruptura à Flexão em três pontos (MRF) também se mostraram de acordo com as faixas sugeridas por Souza Santos 1. Apenas a argila E apresentou baixos valores para o MRF, tanto à verde, mas principalmente após queima, quando mostrou valor de resistência à flexão inferior as outras argilas comparadas. Apesar disso, essa argila vem sendo correntemente utilizada pelos produtores de Cerâmica Estrutural da região de Monte Carmelo, MG. As figuras 2 e 3 mostram exemplos de corpos de prova obtidos com todas as argilas estudados, tanto a verde como após queima a 950ºC. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02505
D C B A G F E Figura 2 - Corpos de prova das argilas estudadas após secagem à 110 C A B C D G F E Figura 3 - Corpos de prova das argilas estudadas após queima à 950 C CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02506
Conclusões Sete argilas da região de Monte Carmelo, MG, presentemente utilizadas na fabricação de telhas cerâmicas, foram caracterizadas por difração de raios-x e quanto às suas propriedades cerâmicas. As curvas de DRX indicam a presença de quartzo e caulinita para todas as sete argilas estudadas; a presença de moscovita é evidenciada nas argilas C, D, E, F, e G. Os resultados das propriedades cerâmicas das argilas apresentaram valores satisfatórios, quando comparados com argilas padrão brasileiras, exceto para alguns valores de porosidade aparente e absorção de água que se encontraram próximos aos limites máximos e para o módulo de ruptura à flexão para a argila E, o qual se mostrou inferior. Referências Bibliográficas 1 - SOUZA SANTOS, P., Ciência e Tecnologia de Argilas, v.1-2ª edição, Editora Edgar Blücher, São Paulo, Brasil, (1989). 2 - BUSTAMANTE, G.M.; BRESSIANI, J.C.; A indústria cerâmica brasileira, Cerâmica Industrial, v.5, n.3, p.31-6 (2000). 3 - TANNO, L.C.; MOTTA, J.F.M., Panorama Setorial - Minerais Industriais, Ceramica Industrial, v.5, n.3, p. 37-40 (2000). 4 - VIEIRA,C.M.F.; HOLANDA,J.N.F.; PINATTI, D.G., Caracterização de massa cerâmica vermelha utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes - RJ, Cerâmica, v.46 n.247, p.15-8 (2000). 5 - CAMPOS,L.F.A.; MACEDO,R.S.; KYIOHARA,P.K.; FERREIRA,H.C., Características de plasticidade de argilas para uso em cerâmica vermelha ou estrutural, Cerâmica, v.45 n.295 (1999). 6 - SANTOS,I.S.S.; SILVA,N.I.W.; SOLIANI,C.T.A.;RAMIRES,M.C.P.; ROCHA,P.V.H.; Aspectos da caracterização de argilas da região metropolitana de Porto Alegre para aplicação em componentes de cerâmica vermelha, in Anais do 40 Congresso Brasileiro de Cerâmica, p.331-4, (1996). 7 - AZEVEDO,E.; STAFFA,L.A.; BALDO,J.B., Estudos preliminares na caracterização de algumas argilas da baixada maranhense, in Anais do 40 Congresso Brasileiro de Cerâmica, p.263-5 (1996), CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02507
8 - MACEDO,R.S.; GALDINO,A.G.S.; MORAIS, C.R.S.; FERREIRA,H.C., Estudo preliminar de argilas do estado da Paraíba para utilização como matéria-prima em cerâmica vermelha - parte1, in Anais do 40 Congresso Brasileiro de Cerâmica, p. 259-62 (1996). 9 - BARZAGHI, L., Propriedade dos materiais cerâmicos nacionais. Uma tentativa de classificação desses materiais, Cerâmica, v.28, n.151, p.300-03 (1982). 10 - BARZAGHI,L.; SALGE,A., Argilas para materiais de construção, Cerâmica, v.28, n.151, p.289-93 (1982). 11 - BARZAGHI,L.; NOGAMI,J.S., Análise térmica diferencial de alguns materiais argilosos nacionais, Cerâmica v.28, n.151, p.294-99 (1982). CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 02508