Produção de um Compósito Resina/Rocha Ornamental com Pó de Ardósia Proveniente de Rejeitos L. B. Palhares 1 ; A.A.B.Gontijo 1 ; D.F.Galvão 1 ; L.S.R.Fernandes 1 ; C.G. dos Santos 2 ; A.T.G.Guadanini 3, L.B.de Oliveira 3 1 Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais 2 Universidade Federal de Ouro Preto 3 Centro Universitário Newton Paiva 1 Departamento de Engenharia de Materiais Av. Amazonas, 5253 Nova Suiça Belo Horizonte MG Brasil CEP: 30421-169 lbpalhares@deii.cefetmg.br RESUMO A produção de rocha artificial com rejeito de ardósia é um processo de produção de um compósito resina/carga onde o pó de ardósia inserido é gerado na extração da rocha natural assim como no seu beneficiamento. O resíduo, em forma de pó ou lama, utilizado apresenta-se com granulometria abaixo de 2 mm e causa poluição das águas, solo, ar e poluição visual nas áreas de extração, principalmente em Minas Gerais que reponde por cerca de 95% da produção brasileira e gera um total de 1,8x10 5 toneladas de rejeitos em média, por ano. A produção de materiais alternativos tendo como constituintes os resíduos gerados nas indústrias de transformação de rochas, pode diminuir a poluição nas áreas de extração, agregar valor a cadeia produtiva e gerar empregos na região. A produção da rocha artificial com propriedades semelhantes e/ou superiores a da rocha natural envolve a utilização de uma mistura contendo em média 75% do pó e resina (poliéster/epóxi/ecológica) prensadas em um molde metálico com aplicação de cargas de até 40 KN. Em seguida a placa é curada no molde e após 24 horas pode ser retirada para caracterização física e mecânica e utilização como piso, azulejos, telha ou peças de artesanato em geral. Testes iniciais tem mostrado valores de resistência mecânica entre 50 e 78 MPa e absorção de água menor que 1%. 2213
Palavras-chave: compósito, rocha artificial, rejeitos de ardósia. INTRODUÇÃO O crescimento populacional e o acelerado processo de urbanização das cidades têm demandando cada vez mais matérias primas para desenvolvimento de processos e produtos, principalmente para aplicação em construção civil. Os resíduos gerados, principalmente em cidades onde há indisponibilidade ou escassez de agregados naturais, exigem cada vez mais a reutilização dos rejeitos dentro de processos já existentes ou novos. Muitas vezes, devido a problemas de fiscalização, os rejeitos de mineradoras e construções, são responsáveis por deposições clandestinas que geram impactos ambientais podendo trazer riscos à população como proliferação de doenças, assoreamento dos córregos e demais recursos hídricos e obstrução dos sistemas de drenagem com consequente aumento das enchentes nas estações chuvosas. No caso das indústrias de extração e beneficiamento da ardósia, o problema se agrava com a falta de conscientização e investimentos dessas empresas no tratamento dos resíduos gerados. Tanto os processos de extração e corte da rocha quanto àqueles ligados à sua aplicação levam a produção de grandes quantidades de resíduos na forma de pó ou lascas. Este material apresenta pequeno valor tecnológico agregado e, frequentemente, acaba resultando em problemas de remanejamento de lixo e assoreamento de leitos fluviais 1. Devido a grande utilização da ardósia na construção civil, sua exploração é intensa e, consequentemente, há produção de grandes quantidades de rejeitos. Minas Gerais é o maior produtor de ardósia natural no Brasil e possui, de acordo com o Anuário Mineral Brasileiro 2, cerca de 733 milhões de toneladas de reservas lavráveis. De acordo com a Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais 3, em 2013 o Brasil foi o terceiro maior exportador de produtos em ardósia, atrás da Espanha e China. É o segundo maior produtor e o segundo maior consumidor mundial, com Minas Gerais respondendo por cerca de 95% da extração. Em 2013, a produção brasileira de rochas ornamentais e de revestimento totalizou cerca de 10,5 milhões de toneladas 4. Estimando-se que 7% desta produção sejam de ardósia, como em 2009, e que a geração de resíduos seja de 25% da produção, totaliza-se 1,8 10 5 toneladas de rejeitos. 2214
Como a ardósia possui grande aplicabilidade por causa de suas características, diversos autores 6,7,8,9,10,11 trabalham com a possibilidade de reaproveitamento destes resíduos na produção de novos produtos, apresentando novos métodos que visam diminuir os impactos ambientais que são causados devido ao descarte incorreto dos resíduos de ardósia. Hoje o Brasil importa materiais de alto valor comercial, compostos essencialmente por fragmentos de rochas. Este material conhecido como rocha artificial apresenta propriedades mecânicas similares às da rocha natural com uma menor absorção de água. Apesar do elevado preço, placas de rocha artificial apresentam propriedades superiores às das placas cerâmicas de primeira linha, em função da sua excelente resistência à flexão e ao brilho superficial 12. O presente trabalho buscou estudar a viabilidade da produção de amostras de rocha artificial para utilização em revestimentos através da obtenção de um compósito resina/rocha por moldagem. O domínio da técnica e produção pode oferecer aos países produtores de rochas ornamentais, como o Brasil, meios para a redução dos volumes de rejeitos depositados, além de possibilidade de novos produtos e geração de empregos. MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente o resíduo do pó de ardósia foi em estufa à temperatura 120 o C por 24 horas e em seguida foi classificado através de uma peneira de 2mm. O rejeito foi caracterizado quanto à composição mineralógica por difração de Raios-X (DRX) em equipamento SHIMADZU XRD-7000, objetivando identificar a composição e as respectivas estruturas cristalinas dos compostos. Foram adotadas as seguintes condições de análise: velocidade de escaneamento = 2 /min e varredura θ a 2θ = 3 a 85. Realizou-se análise morfológica por microscópio eletrônico de varredura (MEV), da marca SHIMADZU e modelo SSX-550. As misturas foram preparadas utilizando as resinas de poliéster insaturado ortoftálico e resina epóxi. Para diminuir a viscosidade da resina quando necessário foi adicionado estireno puro em porcentagens de até 20%. E o processo de polimerização foi acelerado com a adição de um catalisador. 2215
O exemplo de mistura mostrado no presente trabalho foi uma quantidade de ardósia estimada para preenchimento de, em média, 70 a 75% do volume esperado para as placas produzidas no molde de alumínio. Após a mistura da resina e pó de ardósia em um misturador planetário, o molde foi preenchido com a pasta em mesa vibratória e fechado. As placas foram deixadas no molde para que a cura procedesse (24 horas) e em seguida foram desenformadas e testadas com relação à resistência mecânica e absorção de água. Podem ser feitas inúmeras possibilidades de combinações resina/ardósia para a obtenção da rocha artificial com alterações de suas propriedades finais. A quantidade de ardósia no compósito pode ser de 20% a 80%, sendo o tempo de mistura adequado para total homogeneização. RESULTADOS E DISCUSSÃO Nas figuras 1 e 2 estão representadas as imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) do rejeito da ardósia. A primeira imagem evidencia a heterogeneidade granulométrica das partículas, assim como o seu formato lamelar, oriundo da clivagem ardosiana apresentado pela rocha de origem. Palhares et al. (2013) e Catarino et al. (2003), em seus estudos com pó de ardósia, mostraram resultados semelhantes. Figura 1: Imagem obtida por MEV das partículas de rejeito de ardósia. 2216
A tendência à aglomeração destas partículas minerais está evidenciada na figura 02. Devido a grande diversidade mineralógica da ardósia, a presença de cargas positivas e negativas nas faces e nos lados, além da presença das forças de van der Waals, são geradas forças eletrostáticas entre posições de sítios de cargas opostas. A textura foliada é percebida, principalmente, nas extremidades das partículas. Figura 2: Imagem obtida por MEV das partículas de rejeito de ardósia aglomeradas. A figura 3 mostra o difratograma do pó de ardósia estudado. A composição mineralógica da ardósia varia de acordo com a área de extração, no entanto, de forma geral, os filossilicatos, feldspatos e o quartzo encontram em quantidades expressivas. Os demais minerais, tais como a calcita, apareceram em menores quantidades. Diversos autores vem analisando rejeitos de ardósia 8,9,11,14 e os resultados apresentam as mesmas fases com pequenas variações. 2217
. Figura 3: Difratograma de raios-x do pó de ardósia. A figura 4 mostra a rocha natural ardósia (A), e a rocha artificial de ardósia (B) após desmoldagem e cortada. Pela figura pode-se notar as semelhanças, principalmente na cor da rocha. A rocha artificial apresenta propriedades que permitem seu corte, polimento e alteração de cor com adição de outros reagentes. Figura 4: Rocha natural ardósia (A), Rocha artificial de ardósia (B) A tabela mostra algumas formulações utilizadas para produzir a rocha artificial e os valores de resistência à compressão da rocha natural e artificial. 2218
Tabela 1: Resistência Mecânica à Compressão Resistência Mecânica Compressão Resina utilizada (MPa) Rocha natural - 336 AMOSTRA 1 Resina ortoftálica 78 AMOSTRA 2 Resina ortoftálica 50 AMOSTRA 3 Resina epóxi Deformação sem rompimento Observou-se que as partículas de ardósia podem ser incorporadas a matriz polimérica produzindo uma rocha artificial com propriedades semelhantes a da rocha natural, principalmente referente à coloração. A rocha artificial apresentou menor densidade que as rochas naturais e revestimentos cerâmicos utilizados em construção civil A homogeneização da mistura, a vibração e a prensagem são fatores essenciais para evitar a formação de poros, bolhas e diminuir a resistência do material (figura 5). Figura 5: MEV da superfície da rocha artificial de ardósia. 2219
A figura 6 mostra a imagem (MEV) de uma região interna (cortada e polida) da rocha artificial. Pode-se notar a presença de poros micrométricos e uma superfície regular com pouca rugosidade. Figura 6: MEV da superfície de corte da rocha artificial de ardósia. Nos testes de resistência à compressão as rochas produzidas em laboratório (artificiais) apresentaram valores de resistência entre 50 MPa e 78MPa no caso da resina ortoftálica. No caso da resina epóxi, a mesma deformou muito plasticamente não apresentando propriedades adequadas ao uso desejado. Novos testes devem ser feitos com novas formulações para melhorar a qualidade dessas peças. Os valores de absorção de água (imersão) pelo compósito produzido foram baixas, com média de 0,89%. CONCLUSÕES A utilização dos rejeitos de ardósia para incorporação em matriz polimérica e produção de rocha artificial como forma de reaproveitamento dos resíduos mostrouse viável, uma vez que, além de agregar valor a cadeia produtiva, minimiza os impactos causados pela destinação incorreta do resíduo. 2220
A rocha artificial (compósito resina/ardósia) produzido mostrou propriedades que permite sua utilização para diversas aplicações como pisos, paredes e decoração. Devido à baixa porosidade e absorção de água, podem ser utilizados para produção de placas para isolamento acústico e térmico. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Departamento de Engenharia de Materiais (CEFET- MG), aos Laboratórios de Caracterização e Microscopia (Prof. Aline Magalhães) e Metalografia (Prof. Elaine Carballo). Ao técnico Bruno Cordeiro Silva pelos ensaios no MEV. A Empresa Micapel Slate pelo fornecimento dos rejeitos de ardósia. REFERÊNCIAS 1. CARVALHO, G. M. X.; MANSUR, H.S.; VASCONCELOS, W. L.; ORÉFICE, R. L. Obtenção de compósitos de resíduos de ardósia e polipropileno. Polímeros vol.17 n o.2. São Carlos, 2007. 2. Departamento Nacional de Produção Mineral. Anuário Mineral Brasileiro, 2010. Disponível em: http://www.dnpm.gov.br/assets/galeriadocumento/amb2010/mg_2010.pdf. Acessado em 06/05/2013. 3. ABIROCHAS. Panorama mundial do setor de rochas. 2014. Disponível em: <http://www.abirochas.com.br/noticia.php?eve_id=3342>. Acessado em: 04/04/2015. 4. CHIODI, D. FILHO CHIODI, C. Plano de ação para sustentabilidade do setor de rochas ornamentais Ardósia em Papagaios. Fundação Estadual do Meio Ambiente, volume único, 306 p., 2014. 5. CATARINO, L., SOUSA, J., MARTINS, I.M., VIEIRA, M.T., OLIVEIRA, M.M. Ceramic Products Obtained from Rock Wastes. Journal of Materials Processing Technology., v.143-144, p.843-845, 2003. 2221
6. CUNHA, J.P. Desenvolvimento de um novo material a partir da composição dos resíduos da mineração de varvito e da produção de cal. 2007. 94p. Tese (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais, Setor de Tecnologia, PIPE, Universidade Federal do Paraná, Curitiba. 7. OLIVEIRA, M.C. et al. Ardósia como Matéria Prima para Cerâmica. In: 44 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Pedro, 2000. Anais do 44 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, p.7401-7408. 8. CAMPOS, M.; VELASCO,F.; MARTINEZ, M.A., TORRALBA, J.M. Recovered slate waste as raw material for manufacturing sintered structural tiles. Journal of the European Ceramic Society, vol. 24, p. 811-819, 2004. 9. CAMBRONERO, L.; RUIZ-ROMAN, J.M.; PRIETO, J.M.R. Obtención de espumas a partir de resíduos de pizarra. Boletin de la Sociedad Espanhola de Cerámica y Vidrio, vol. 44 (6), p.368-372, 2005. 10. BARREIROS, F.M.; VIEIRA, M.T. Powder Injection Moulding to Recover Slate Wastes. Key Engineering Materials, vol. 230-232, p. 247-250, 2002. 11. FRIAS, M. VIGIL de la VILLA, R.; GARCÍA, R.; SOTO, I.; MEDINA, C.; SÁNCHEZ de ROJAS, M.I. Scientific and technical aspects of blended cement matrices containing activated slate wastes. Cement & Concrete Composites, vol. 48, p.19-25, 2014. 12. LEE, M.Y.; KO, C.H.; CHANG, F.C.; LIN, J.D.; SHAN, M.Y.; LEE, J.C. Artificial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction. Cement & Concrete Composities, 30, p.583-587, 2008. 13. PALHARES, L. B. et al. Microstructure evaluation of slate pieces submitted to heat treatment at diferente temperatures. In: WORLD CHEMISTRY CONGRESS, 44., 2013, Turkey. Anais... Turkey: 2013. p. 490-496. 2222
14. PALHARES, L. B. et al. Study of pore size distribution of slate ceramic pieces produced by slip casting of waste powders. Minerals Engineering, v. 19 (5), p.525-527, 2006. (3 linhas simples) TÍTULO EM INGLÊS ABSTRACT The production of artificial stone with slate waste, generated in its extraction and cutting, is a production process of a composite resin / load insertion. The waste in the form of a sludge composed mainly of water, lubricants and crushed rock used here, has a particle size below 2 mm, accumulates in yards, reservoirs and streams, affecting the environment in areas of extraction, particularly in Minas Gerais. The Minas Gerais State (Brazil) responds to about 95% by Brazilian slate production and generates an average of 1,8x10 5 tons of waste per year. The production of alternative materials having the waste generated in the manufacturing industries of rocks as constituents can reduce or even eliminate pollution in the extraction areas, apart from promoting the emergence of new opportunities for jobs and income essential to the progress and development of the country. The production of artificial stone with similar properties to natural rock involves the use of a mixture containing up to 75% of the slate powder and resin (polyester / epoxy / ecological). The components are mixed, deposited in mold cavity, subjected to vibration and pressed with the application of loads up to 40 KN. After 24 hours the composite can be removed for physical and mechanical characterization and use as floors, tiles or decoration. Initial tests have shown compression strength values between 50 and 78 MPa and water absorption less than 1%. Key-words: composite, artificial stone, slate waste. 2223