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: 2813-6, 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
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
14 12 Retração Linear (%) 1 8 6 4 2 7 8 9 1 11 12 Figura 1 - Retração Linear em função da Temperatura de Patamar. Absorção de Água (%) 3 28 26 24 22 2 18 16 14 12 1 7 8 9 1 11 12 Figura 2 - Absorção de Água em função da Temperatura de Patamar. 45 Porosidade Aparente (%) 4 35 3 25 2 7 8 9 1 11 12 Figura 3 - Porosidade aparente em função da temperatura de patamar. 21
assa Específica Aparente (g/cm3) 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 7 8 9 1 11 12 Figura 4 - assa Específica Aparente em função da Temperatura de Patamar. 16 Resistência à Compressão (Pa) 14 12 1 8 6 4 2-2 7 8 9 1 11 12 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
intensidade (u.a.) 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Cr -5-5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 2 θ (graus) Cr - ulita - uartzo Cr - Cristobalita E - Espinélio Cr E c) 55 5 45 4 I/ - Ilita/ica - uartzo - ulita E - Espinélio intensidade (u.a.) 35 3 25 2 15 1 I/ I/ I/ I/ E b) 5-5 -5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 2 θ (graus) intensidade (u.a.) 16 15 14 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 I/ I/ I/ - uartzo I/ - Ilita/ica 1-1 -5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 2 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
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 / 171.51/2) 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, 1986. 3. A.G. Verduch, Técnica Cerâmica 232, (1995) 214-228. 4. 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) 29-31. 6. J. Alexandre, F. Saboya, B.C. arques,.l.p. Ribeiro, C. Salles,.G. Silva,. Sthel, L.T. Auler, H. Vargas, The Analyst 124, (1999) 129-1214. 7. C..F. Vieira, J.N.F. Holanda, D.G. Pinatti, Cerâmica 46, 297 (2) 15-18. 8. G.P. Souza, R. Sanchez, J.N.F.Holanda, Cerâmica 48, 36 (22) 12-17. FIRING BEHAVIOUR OFA RED CLAY USED IN STRUCTURAL CERAIC F. A C. ilheiro, J. N. F. Holanda Av. Alberto Lamego 2, Parque Califórnia, CEP: 2813-6, 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