AVALIAÇÃO DA POROSIDADE APARENTE E ABSORÇÃO DE ÁGUA DA MASSA CERÂMICA PARA PORCELANATO EM FUNÇÃO DA INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DE CAULIM. Menezes, J.N.¹;Varela, D.L.V.²;Varela, M.L.,³; Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte¹²³, Av. Sen. Salgado Filho,1559 Lagoa Nova, Natal RN, 59015-000 RESUMO O caulim é constituído basicamente pela caulinita, e tem coloração branca devido ao baixo teor de ferro, é extraído das jazidas de caulim, por empresas de exploração e beneficiamento do mesmo, porém a extração e o beneficiamento do caulim é responsável pela geração de uma quantidade considerável de resíduo durante o processo. De acordo com as informações fornecidas pelas empresas do setor para cada tonelada de caulim extraído, ao final do beneficiamento, apenas 250kg de caulim é considerado comercial. Enquanto que 750kg, são descartados como rejeito, esse descarte gera impacto ambiental negativo ao meio ambiente e a sociedade, uma vez que não por parte das empresas geradoras um plano de gerenciamento de tal resíduo. Desse modo, iniciou-se estudos visando a utilização desse resíduo. Para isso foram adicionadas diferentes porcentagens do resíduo de caulim, na massa cerâmica para porcelanato, para avaliação da influência na minimização da porosidade. O objetivo principal desde trabalho é avaliar a diminuição da porosidade aparente e da absorção de água de uma massa para porcelanato com a adição do resíduo de beneficiamento do caulim, promovendo assim a minimização dos impactos ambientais negativos causado pelo despejo deste resíduo na natureza e a diminuição do passivo das empresas geradoras do mesmo. Palavras Chave: Caulim, Resíduo, Reutilização, Porcelanato. INTRODUÇÃO O Caulim é definido como uma argila modificada cujo componente mineral principal é a caulinita. É um material muito utilizado em vários ramos da indústria, 1996
como na fabricação de papel, borracha, cosméticos, cerâmica, porcelana entre outros. A extração do caulim é feita a partir de suas jazidas, e levado as suas indústrias de beneficiamento do mesmo, para passar pelo processo de limpeza, peneiramento, decantação, sedimentação e filtração. Assim obtêm-se o caulim nobre, ou seja, caulim comercial.porém, vale ressaltar que durante o processo de extração do caulim, a cada tonelada extraída, 25% é caulim comercial, e 75% de rejeito, que é descartado de forma incorreto em aterros baldios, margens de rios e ruas de periferias das cidades, trazendo consequências ambientais graves. Com a finalidade de utilizar esse resíduo, minimizando os impactos ambientais negativos, o resíduo foi usado em diferentes porcentagens, de 1 a 32% da massa padrão, sendo adicionada a massa cerâmica para porcelanato. MATERIAIS E MÉTODOS Para realização desse trabalho foram utilizados o resíduo de beneficiamento do caulim e uma massa cerâmica para porcelanato fornecida por uma empresa local.o resíduo de caulim foi submetido a moagem por via úmida em um moinho de bolas excêntrico, a barbotina foi despejada em um recipiente e passou pela secagem a 110 ºC por 24 horas em estufa. Depois é desaglomerado em almofariz e passado na peneira de malha #200 mesh acondicionado em sacos plásticos.após o processo de preparação o resíduo foi misturado em diferentes porcentagens a massa cerâmica por via úmida em um moinho de bolas, depois a barbotina foi despejada em um recipiente e passou pela secagem a 110 ºC por 24 h em estufa. Logo após, foi desaglomerado em almofariz e acondicionado em sacos plásticos. A massa cerâmica misturada as diferentes proporções de resíduo de caulim estão descritas na Tabela 1. Matérias - Primas Resíduo de Caulim (RC) Tabela 1 Formulação das massas Composição (% em peso) MP0 MP1 MP2 MP4 MP8 MP16 MP32 0 1 2 4 8 16 32 Massa Padrão 100 99 98 96 92 84 68 1997
Foram confeccionados 5 corpos de prova (com dimensões 60 x 20 x 5mm) para cada formulação, por prensagem uniaxial sob uma pressão de 50 Mpa. Depois, foram secos a 110 ºC por 24 h em estufa.para cada formulação foram confeccionados 15 corpos de prova, e tratadas termicamente a 1210 ºC, 1230 ºC e 1250ºC(Figura 1), 5 amostras (por formulação) para cada temperatura. Figura 1 Ciclo térmico de sinterização nas temperaturas de 1210 ºC,1230 ºC e 1250 ºC Após o processo de sinterização, os corpos de prova foram submetidos aos seguintes ensaios tecnológicos: absorção de água e porosidade aparente.o cálculo de porosidade aparente fornece o provável percentual do volume de poros abertos, após a sinterização, dos corpos de prova em relação ao seu volume total. O ensaio foi realizado da seguinte maneira: os corpos de prova cerâmicos foram pesados após a saída do forno, depois foi submerso em água destilada por 24 horas, depois de retirado da água os corpos de prova foram pesados para o cálculo da absorção de água, foi medida também a massa dos corpos de prova imerso, para assim obter o valor do percentual da porosidade aparente, utilizando a equação (A) a seguir. PA(%) = (A) A absorção de água é o valor em porcentagem, da massa de água absorvida pelo corpo após sinterização. O ensaio foi realizado da seguinte maneira: os corpos 1998
de prova cerâmicos foram pesados após a saída do forno, depois foi submerso em água destilada por 24 horas. Logo após, esse período submerso, os corpos cerâmicos retirados da água e o excesso de água foi removido com pano umedecido, em seguida foi pesado para verificação da variação da massa em função da água. O percentual da massa de água absorvido pelo corpo de prova cerâmico é calculada pela equação(b) abaixo. AA(%) = (B) Resultados e Discussões Na Tabela 2, foram apresentados resultados da análise química do resíduo de beneficiamento do caulim, na forma de óxidos. Os óxidos constituintes desse resíduo, estão quantificados pela análise racional apresentada na Tabela 3. Tabela 2 Análise química do resíduo de beneficiamento do caulim obtida por FRX. Amostra SiO 2(%) Al 2O 3(%) Fe 2O 3(%) K 2O(%) CaO(%) Na 2O(%) MgO(%) Resíduo Caulim 44,25 48,66 1,02 5,24 0,0 0,0 0,44 Tabela 3 Análise racional do resíduo do beneficiamento do caulim. Amostras Quartzo Hematita Mica Muscovita Caulinita Acessórios* Resíduo Caulim 4.0 1.0 45.0 49.0 1.0 *estão incluídos todos os componentes que por algum motivo não foram identificado em uma das análises mencionadas. A partir de 950 ºC tem inicio a fase líquida, esse líquido reage com a SiO2 eliminada pela metacaulinita e o que resta de Alumina e sílica forma mulita primária. A partir de 1100 ºC há formação de fase liquida em quantidade elevada, devido ao alto teor de potássio na composição, com o aumento da temperatura acerca de 1150 ºC aumenta a fase liquida com a fusão do feldspato-k e da mica muscovita. Entre 1220 ºC e 1230 ºC, a mulita secundária começa a se dissolver, e o quartzo começa a ser atacado (já que o quartzo só começa a ser atacado em temperaturas 1999
elevadas), aumentando a viscosidade, que deve trazer características positivas ao produto final.na Tabela 4, apresenta os resultados por difração de raios X, ou seja, indica as fases presentes no A Figura 2 apresenta o DRX. Tabela 4 Análise de DRX de fases cristalinas do resíduo de beneficiamento do caulim. Amostra Fases presentes Resíduo caulim Caulinita Mica Muscovita Quartzo Figura 2 Análise por difração de raios X do A caulinita age como um excelente formador de estrutura e a mica muscovita pode atuar como um fundente em temperaturas mais elevadas de sinterização. O quartzo diminui a retração da massa, já que durante a formação de fase líquida se comporta como se fosse o esqueleto do material. Nas Figuras 3 e 4, são apresentados a análise do tamanho das partículas do resíduo de caulim e da massa padrão. Sendo o D50 do resíduo 39µm e o D50 da massa padrão 10µm. O valor recomendado da distribuição do tamanho de partículas é de 20µm para porcelanatos, porém, mesmo o D50 do resíduo tendo ultrapassado o recomendado, esse valor ainda está dentro da faixa de distribuição de partículas da massa padrão, o que significa que depois de homogeneizado, não terá alteração na curva de distribuição. 2000
Figura 3 Análise do tamanho de partículas da mistura padrão MP0, D50 de 10µm. Figura 4 - Análise do tamanho de partículas do resíduo de caulim, D50 de 39µm. A não alteração da curva de distribuição da massa padrão pode ser observada pelos resultados das análises apresentadas nas figuras 5,6,7,8,9 e 10, para as formulações de massas MP1, MP2, MP4, MP8, MP16 E MP32, com 1, 2, 4, 8, 16 e 32% de acréscimo de resíduo de caulim, respectivamente. O diâmetro médio das massas com 1,2,4,8,16 e 32% de acréscimo de resíduo de caulim foram, respectivamente, 7,71µm; 8,01µm; 6,11µm; 6,31µm; 9,98µm; 11,26µm. A única formulação que teve alteração considerável no D50 foi MP32, isso ocorreu provavelmente pela grande quantidade de resíduo atribuída a massa Figura 5 Análise do tamanho de partículas da formulação MP1 MP + 1% do 2001
Figura 6 - Análise do tamanho de partículas da formulação MP2 MP + 2% do Figura 7 - Análise do tamanho de partículas da formulação MP4 MP + 4% do Figura 8 - Análise do tamanho de partículas da formulação MP8 MP + 8% do 2002
Figura 9 - Análise do tamanho de partículas da formulação MP16 MP + 16% do Figura 10 - Análise do tamanho de partículas da formulação MP32 MP + 32% do A figura 11 apresenta os resultados do ensaio de porosidade aparente, que tem a finalidade de mostrar o valor percentual de poros abertos presentes, já que quanto menos poros, maior a resistência. É possível observar que os melhores resultados foram na menor temperatura. 2003
Figura 11 Análise da porosidade aparente (%) A figura 12, apresenta os resultados do ensaio de absorção de água, que confirma os resultados apresentados na figura anterior, já que quanto menos porcentagem de porosidade, menos é a absorção de água. Figura 12 Análise da absorção de água (%). Conclusão A adição do resíduo de Caulim a massa padrão promove melhorias significativas no produto final, atendendo valores propostos pela norma NBR 13818. Verificou-se também a possibilidade de utilização do resíduo de Caulim de até 16% de adição a massa padrão. Considerando que o resíduo de caulim é um material 2004
que não tem local específico para ser descartado, a utilização desse resíduo contribui com a minimização dos custos, já que os melhores resultados foram obtidos na menor temperatura estudada, além da redução dos prejuízos sociais e ambientais. Referências Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13818/1997 Placas cerâmicas para revestimento Especificações e métodos de ensaios Arantes, F.J.S.; Galesi, D.F.; Quinteiro, E.; Boschi, A.O. O manchamento e a porosidade fechada de grês porcelanato. Cerâmica Industrial, v.6, 2001. Biffi G. O grês porcelanato manual de fabricação e técnicas de emprego, FaenzaEditrice do Brasil Ltda. São Paulo, p. 32, 2002. Llorens, F.G. Matéras-primas fundentes para a fabricação de gres porcelanato. Cerâmica informação, v.9, 2000 Boschi, A Queima de corpos cerâmicos, www.centraldaceramica.com.br acessado em 14/11/2005 Conama nº 307,2002 POROSITY ASSESSMENT AND APPARENT MASS OF WATER ABSORPTION CERAMICS PORCELAIN FOR EACH KAOLIN WASTE OF INCORPORATION. ABSTRACT Kaolin is made up primarily by kaolinite, and has white color due to low iron content, is extracted from kaolin deposits by companies of exploitation and processing of the same, but the extraction and kaolin processing is responsible for generating an amount considerable waste during the process. According to the information provided by companies in the sector for each ton of kaolin mined at the 2005
end of processing, only kaolin 250kg is considered commercial. While 750kg, are discarded as waste, the disposal generates negative environmental impact to the environment and society, since not by companies generating a management plan for such waste. Thus began studies for the use of this waste. To this were added different percentages of kaolin waste in ceramic body for porcelain, to evaluate the influence in minimizing porosity. The main objective of this work is to evaluate the decrease in porosity and water absorption of a body for porcelain with the addition of the kaolin residue, thereby facilitating mitigation of adverse environmental impacts caused by the disposal of this waste in nature and reduced liabilities of generating the same companies. Keywords : Kaolin, Waste, Reuse. 2006