INFLUÊNCIA DA INCORPORAÇÃO DO REJEITO DO MINÉRIO DE MANGANÊS DE CARAJÁS-PA E FILITO DE MARABÁ-PA EM CERÂMICAS VERMELHAS T.U.S. Carvalho (1) ; E. A. dos Santos (1) ; S. C. Borba (1) ; R. C. Aranha (1) ; E. Fagury Neto (1) (1) Laboratório de Materiais Cerâmicos, Faculdade de Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Folha 17, Quadra 04, Lote Especial, Marabá-PA, CEP: 68505-080 E-mail: torbenusc@hotmail.com RESUMO No âmbito industrial sempre há a preocupação com o papel ambiental. Os rejeitos industriais podem ser utilizados como substitutos de matérias-primas na produção cerâmica, a fim de melhorar as características técnicas do produto final. O presente trabalho visou avaliar as propriedades físicas e mecânicas de cerâmicas estruturais, produzidas a partir de matérias-primas regionais (argila e filito) com incorporação de rejeito de minério de manganês de Carajás. Os corpos-de-prova foram sinterizados a 800 C, 900 C e 1000 C. Resultados mostraram que, com o aumento do teor de rejeito de manganês incorporado, houve um aumento na resistência mecânica, sem comprometer sua densidade aparente. Tais melhoras são devido ao rejeito se apresentar como um ótimo fundente. Palavras-chave: Cerâmica, rejeito, minério de manganês, caracterização. INTRODUÇÃO Todos os processos industriais, em geral, produzem certa quantidade de rejeitos em cada etapa do seu processo produtivo, em maior ou menor quantidade. O problema é o destino de tais rejeitos, nem sempre ecologicamente correto. Durante a extração de minérios, gera-se uma grande quantidade de rejeitos resultando em impactos ao meio ambiente, uma vez que 701
estes são geralmente dispostos de maneira inadequada. Por exemplo, para se produzir 1 tonelada de aço, gera-se aproximadamente 1,5 tonelada de rejeito (1). O minério de manganês está entre os vinte mais abundantes na crosta terrestre, sendo o Brasil um dos maiores produtores mundiais deste minério. No entanto, é raro encontrar um depósito do minério, e estimativas dão conta que de cada 300 concentrações de manganês apenas uma pode ser considerada como depósito (2). A indústria de extração de minério de manganês no Brasil é a quinta maior no mundo, sendo responsável por 9,8% de todo minério produzido no mundo. Em 2012, o Brasil produziu aproximadamente 3,5 milhões de toneladas deste minério. O Estado do Pará responde pela maior parte da produção nacional, com 71% da produção (3). A indústria cerâmica tem grande papel ambiental, pois procura viabilizar a utilização dos rejeitos como substituto de matérias-primas naturais na produção. Com isso, além da reciclagem desses rejeitos, a indústria cerâmica preserva a matéria-prima, tendo em vista que esses materiais não são renováveis. O presente trabalho teve como objetivo produzir cerâmicas estruturais a partir de rejeito de minério de manganês e matérias-primas regionais tais como argila e filito, e avaliar suas propriedades tecnológicas. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Materiais Os materiais empregados foram argila caulinítica e filito, ambos da região de Marabá-PA, e o rejeito de minério de manganês (RMM) produzido pela Mineradora Vale, situada em Carajás-PA. Metodologia Foram fabricados quarenta e oito corpos-de-prova, de acordo com os procedimentos descritos a seguir. A argila e o filito foram processados através de moagem e peneiramento, até a granulometria de 100 mesh Tyler. O rejeito de minério de manganês (RMM) foi seco, desaglomerado e peneirado também em malha de abertura de 100 mesh. Logo após, as argilas e o RMM foram 702
separados em quantidades pré-estabelecidas para as formulações F0, F1, F2 e F3, de acordo com a Tab. 01. Tabela 01 - Formulações utilizadas. Formulações Argila (%) Filito (%) RMM (%) F0 70 30 0 F1 68 27 5 F2 66 24 10 F3 64 21 15 Os corpos de provas foram prensados em uma matriz de aço de dimensões 6 cm x 2cm. A sinterização ocorreu nas temperaturas de 800 C, 900 C e 1000 C, com patamar de duas horas. As amostras sinterizadas foram caracterizadas quanto às suas propriedades tecnológicas (4, 5). RESULTADOS E DISCUSSÃO Primeiramente são apresentados os resultados da caracterização dos insumos empregados neste trabalho. A Tab. 02 a seguir mostra a composição química das matérias-primas. Destaca-se o teor de 5,05% de K 2 O no filito, o que faz deste material um bom fundente para cerâmicas. Resultados publicados anteriormente demonstram que este filito apresenta bom desempenho como fundente em massas cerâmicas tradicionais e refratárias (6, 7). No RMM, destaca-se os elevados teores de MnO e Fe 2 O 3, os quais são características deste material. Tabela 02 Composição química das matérias-primas. MP/Óxidos Argila Filito RMM Al 2 O 3 20,17 21,67 26,72 Fe 3 O 2 5,96 9,30 10,97 K 2 O 1,62 5,05 0,47 MgO 0,53 1,13 0,18 MnO 16,08 Na 2 O 0,34 0,15 P 2 O 5 0,13 0,08 0,11 SiO 2 61,64 55,95 30,48 TiO 2 0,84 0,86 1,00 ZrO 2 0,04 PF 8,73 5,60 13,91 703
Os resultados apresentados em seguida são referentes à caracterização tecnológica dos corpos-de-prova produzidos neste trabalho. A Fig. 01 exibe a densidade aparente de cada formulação a cada temperatura de sinterização. Foi notado que tal propriedade eleva-se conforme aumenta a temperatura e o teor de RMM. A F3, com maior teor de RMM (15%), foi a que obteve os maiores resultados. O elevado teor de óxido de ferro no RMM auxilia a densificação do corpo. Inversamente à densidade aparente, a porosidade aparente diminuiu em relação à temperatura e o teor de RMM. Esse efeito ocorre devido à ação fundente do rejeito que preenche as porosidades abertas no interior das peças conforme a temperatura aumenta, como visto na Fig. 02. Quanto menos poroso e mais denso for o material, menor será a sua absorção de água. O gráfico exibido na Fig. 03 mostra que, quanto maior a temperatura de queima, menor a absorção. Figura 01 - Densidade aparente das formulações. 704
Figura 02 - Porosidade aparente das formulações. A 800 C, a formulação que mais absorveu água foi a F3 que contém maior teor de RMM. Já a de menor absorção foi a formulação sem RMM. A 1000 C, todas as formulações apresentaram uma drástica queda na absorção de água, sendo que a F1 obteve o menor valor com 16,17%. A F3 alcançou o maior valor de absorção com 17,21% nesta mesma temperatura. Segundo a norma ABNT 15270-2 (5), a absorção de água para blocos estruturais deve estar entre 8% e 22%. Portanto, todas as formulações, mesmo na menor temperatura de sinterização, estão dentro da faixa permitida pela norma. Figura 03 - Absorção de água das formulações. 705
Figura 04 - Retração linear das formulações. A retração linear também é uma propriedade que aumenta linearmente com a temperatura, como visto na Fig. 04. É também relacionada com a densidade e porosidade aparente. A retração linear em corpos cerâmicos deve ser rigorosamente controlada para evitar problemas devido à grande variação dimensional. Neste sentido, nas formulações estudadas houve retração devido ao aumento de temperatura, como esperado; contudo esta retração mantevese em níveis aceitáveis no que diz respeito às normas vigentes (5). Na Fig. 05 é possível observar os módulos de ruptura à flexão das formulações em relação às temperaturas de queima. O comportamento deste parâmetro acompanha a tendência observada nos parâmetros anteriormente avaliados. Observa-se novamente o efeito da adição do RMM nas massas cerâmicas, em relação à formulação sem rejeito (F0). Esta formulação de referência apresentou menor resistência mecânica comparada às formulações com RMM, devido provavelmente ao efeito fundente deste rejeito, que preenche a porosidade e aumenta a rigidez do corpo cerâmico. 706
Figura 05 - Módulo de ruptura à flexão das formulações. CONCLUSÕES Foi observado que a adição do rejeito do minério de manganês, em associação ao filito da região de Marabá-PA resultou na confecção de materiais cerâmicos com características tecnológicas adequadas à aplicação em blocos estruturais. Parâmetros como absorção de água e retração linear de queima mostraram estar em conformidade com o preconizado pelas normas técnicas vigentes. A adição do RMM resultou em significativo aumento de resistência mecânica, em comparação com a formulação de referência F0. A presença de óxidos fundentes nas matérias-primas, tais como Fe 2 O 3 e K 2 O auxiliaram o processo de densificação dos corpos cerâmicos. REFERÊNCIAS 1. LIU, Y.; DU, F.; YUAN, L.; ZENG, H.; KONG, S. Production of lightweight ceramisite from iron ore tailings and its performance investigation in a biological aerated filter (BAF) reactor. Journal of Hazardous Materials, n 178, p. 999 1006, 2010. 2. SANTANA, A. L. Manganês. Simineral. [Online] DNPM/PA. [Citado em: 3 de Julho de 2014.] http://simineral.org.br. 3. SANTANA, A. L.. Manganês. Sumário mineral 2012. [Online] DNPM, 2012. [Citado em: 5 de Julho de 2014.] https://sistemas.dnpm.gov.br. 707
4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15310: Componentes cerâmicos - Telhas - Terminologia, requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2004. 5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15270 2: Componentes cerâmicos parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural- Terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, 2005. 6. RODRIGUES, L. S., et al. Caracterização tecnológica de um filito da região de Marabá-PA para aplicação cerâmica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA. 57. & CONGRESSO ÍBEROAMERICANO DE CERÂMICA, 5., 2013, Natal. Anais. Natal, 2013. p. 29-38. 7. RODRIGUES, L. S. Incorporação do rejeito de beneficiamento do minério de manganês de Carajás em formulação cerâmica. 2013. 54 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Faculdade de Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Pará, Marabá, 2013. INFLUENCE OF INCORPORATION OF MANGANESE ORE WASTE FROM CARAJÁS-PA AND PHYLLITE FROM MARABÁ-PA INTO RED CERAMICS ABSTRACT In the industrial sector there is always concern about the environmental role. The industrial wastes may be used as a substitute raw material in ceramic production in order to improve the technical characteristics of the final product. This study aimed to evaluate the physical and mechanical properties of structural ceramics, produced from regional raw materials (clay and phyllite) with incorporation of manganese ore waste from Carajás. The specimens were sintered at 800 C, 900 C and 1000 C. Results showed that the increase of the amount of manganese ore waste incorporated resulted in increase in mechanical strength, without compromising the apparent density. These improvements were due to the ore waste which acted as a fluxing agent. Key-words: Ceramics, waste, manganese ore, characterization. 708