1 VII JORNDAS TÉCNICAS INTERNACIONAIS SOBRE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA NA INDÚSTRIA DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS. RIO CLARO (SP) 24-25 NOVEMBRO 2003 CRICIUMA (SC) 27-28 NOVEMBRO 2003 DESENVOLVIMENTO DE FORMULAÇÕES CERÂMICAS: UMA INSERÇÃO DO GRUPPO MINERALI DO BRASIL NA CADEIA DE SUPRIMENTOS DAS INDÚSTRIAS DE REVESTIMENTOS. Galhardi, Antonio César Dr. Eng. Mecânica (UNICAMP), Esp. Eng. Produção (UNICAMP), Mestre Eng. Materiais (UFSCAR), Eng. Materiais (UFSCAR) Prof. Administração da Produção Universidade Cidade de São Paulo Prof. Gestão da Qualidade Faculdade de Tecnologia de Jundiaí Gerente Geral Gruppo Minerali do Brasil Ltda. Danasino, Paolo Geólogo Superintendente Gruppo Minerali do Brasil Diretor Comercial Gruppo Minerali S.p.a. INTRODUÇÃO Em Janeiro de 2000, foi constituída uma sociedade, denominada Gruppo Minerali do Brasil Ltda, situada no município de Itupeva, SP, a partir dos acionistas italianos do Gruppo Minerali S.p.A. Em Março de 2002, entrava em operação essa unidade, fornecendo um feldspato sódico-potássico, (60/15) com baixos teores de ferro, para a indústria do grês porcelanato, sanitários esmaltes e fritas. O Gruppo Minerali S.p.A, é hoje um dos maiores produtores da Itália e Europa, de matérias primas para a indústria cerâmica e de vidros, com uma produção anual de 2.000.000 t/a, e um faturamento de Euro$ 50.000.000/a. Os materiais são extraídos de grandes reservas minerais próprias e de terceiros, que recebem posteriormente tratamentos específicos para melhor adequação do minério ao seu emprego final. Dentre, os tratamentos realizados no beneficiamento do Feldspato 60/15, destacamse a britagem, moagem, peneiramento, secagem, separação magnética, etc. O Feldspato 60/15 provém de um grande maciço rochoso, assim como tantos presentes no Estado de São Paulo, oriundos de rochas plutônicas inclusas, caracterizadas por composições similares a granitos.
A rocha, de onde se extrai o minério para a fabricação do Feldspato 60/15, constitui um maciço rochoso de grandes proporções, situado nas proximidades de Jundiaí SP, cujas reservas estimadas atualmente, e a capacidade instalada de exploração, permitem uma produção de mais de 50.000 t/m, por mais de cem anos. A rocha apresenta uma coloração rosa, com predominância de quartzo, feldspato potássico e feldspato sódico, e secundariamente ocorrem traços de biotita. Sua estrutura mineralógica, fanerítica equigranular, pode ser a principal responsável pela constância e homogeneidade química e mineralógica do jazimento. A filosofia empresarial do Gruppo Minerali S.p.A., optou pela via tecnológica, porque percebeu que tratamentos mineralógicos oportunos ajustam melhor, o que a natureza produziu, para ser transformado em produtos de consumo do homem moderno. Desta forma é possível, e economicamente viável, a partir de um jazimento de grandes proporções como o referido, caracterizado por sua notável constância, e com reservas praticamente inesgotáveis, utilizar os conhecimentos disponíveis, e oferecer ao mercado de cerâmica, produtos que possam satisfazer a preços competitivos, diversas especificações de tão exigente mercado. Exaustivos testes, realizados ao longo dos últimos anos, aliado a toda experiência profissional do Gruppo Minerali S.p.A., e a excelente perspectiva mercadológica permitiu a viabilização da planta de tratamento de Itupeva, hoje com uma produção e comercialização de aproximadamente 3.000 t/m, atendendo aos principais e pioneiros produtores de grês porcelanatos, colorifícios cerâmicos, pastilhas de porcelana, etc. O escopo da pesquisa é o da introdução do Feldspato GMB 60/15, produto do Gruppo Minerali do Brasil, em Itupeva (SP), obtendo-se uma redução do custo de massa e mantendo-se as características técnicas otimizadas. A partir de indicações da fase anterior, a da programação Linear, ao final do estudo de otimização de custos, foram individualizadas 5 formulações potencialmente interessantes e denominadas: GP 1, GP 2, GP 3, GP 4 e GP 5, que permitem a introdução do feldspato 60/15 obtendo-se ótimos resultados tecnológicos. 2 DESCRIÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS DO GRUPPO MINERALI DO BRASIL A seguir são apresentados os dados de caracterização química, mineralógica e granulométrica, do Feldspato sódico-potássico 60/15, produzido pelo Gruppo Minerali do Brasil. O Feldspato sódico-potássico 60/15 é obtido por separação magnética de uma rocha granítica extraída em Jundiaí. Trata-se de um novo material, e objeto da presente pesquisa. Tabela 1 - Análise química Óxidos Feldspato 60/15 SiO 2 % 76.7 Al 2 O 3 % 13.5 Fe 2 O 3 % 0.17 TiO 2 % 0.01
3 CaO % 0.30 MgO % 0.05 K 2 O % 4.40 Na 2 O % 4.50 P.F. % 0.30 CO 2 % <0.10 S % <0.01 CaCO 3 % 0 Tabela 2 - Análise mineralógica Fases mineralógicas Feldspato 60/15 Quartzo % 36 Feldspato potássico % 26 Feldspato sódico % 37 Outros % 1 Tabela 3 - Análise granulométrica Classificação Feldspato 60/15 > 16 % 3 16 30 % 32 30 50 % 32 50 140 % 21 < 140 % 12 ANÁLISES DAS MÁTÉRIAS PRIMAS Durante a fase inicial deste estudo foram caracterizadas as matérias primas usuais na massa do Cliente, e assim construiu-se um quadro técnico dos materiais atualmente utilizados. Os materiais forram submetidos às seguintes análises: Analise Química por Fluorescência de Raios-X; Analise granulométrica; CO2 S; Carbonatos; Superfície específica dos materiais argilosos pela determinação de plasticidade; Avaliação da retração linear e absorção de água das provas de queima. Para facilitar a compreensão dos ensaios tecnológicos cerâmicos, indicados a seguir, nos quais foi introduzido o feldspato 60/15, eliminando-se ou reduzindo-se outros feldspatos. Na tabela 4, apresenta-se a análise química dos feldspatos substituídos.
4 Tabela 4 - Análise química Óxidos Feldspato F1 Feldspato F2 SiO 2 % 71.0 73.0 Al 2 O 3 % 15.5 15.0 Fe 2 O 3 % 0.2 0.15 TiO 2 % 0.05 0.01 CaO % 2.6 0.2 MgO % 0.1 0.1 K 2 O % 3.5 8.0 Na 2 O % 6.5 3.1 P.F. % 0.5 0.4 CO 2 % 0.1 0.1 S % < 0.01 <0.01 METODOLOGIA DE PREPARAÇÃO DAS FORMULAÇÕES As massas foram preparadas moendo-se 500 g da mistura de matérias primas em gira-jarra de 1000cc, adicionando-se 350 cc de água e 2,5 g de defloculante (tripolifosfato de sódio). As massas foram moídas por 35 minutos, obtendo-se um resíduo inferior a 0,7% em malha 230 mesh e menor de 3,5 % em malha 325 mesh. As barbotinas obtidas foram secas em laboratório, desagregadas e umidificadas a 6% de umidade e prensadas 400 kg/cm 2. Os corpos de provas obtidos após secagem foram submetidos a ciclo de queima em forno a rolo de laboratório, simulando o ciclo de queima de queima do grês porcelanato. A viscosidade das barbotinas foram medidas em copo Ford com furo de 4mm, enquanto a densidade aparente foi determinada com picnômetro de 100 ml. FORMULAÇÕES DE MASSA Posteriormente a uma fase exploratória, de onde foram definidas as formulações potencialmente mais importantes, as formulações elencadas foram novamente submetidas ao procedimento anteriormente descrito. As formulações selecionadas para esta terceira série de ensaios foram: GP 1, GP 2, GP 3, GP 4, GP 5. A Tabela 5 apresenta as composições das referidas provas. Tabela 5 composições GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5
5 Talco % 1 1 1 1 1 1 Argila "A1" % 37 37 37 35 32 34 Argila "A2" % 18 18 18 18 20 14 Feldspato "F1" % 18 18 13 9 12 14 Feldspato "F2" % 8 0 0 0 0 0 Feldspato alt "F3" % 18 18 18 20 18 18 Feldspato 60/15 % 0 8 13 17 17 19 Resíduo a 230 % 0,68 0,45 0,70 0,61 0,44 0,61 mesh Resíduo a 325 % 3,31 3,41 2,78 2,31 1,79 2,56 mesh Viscosidade seg 48 41 45 35 32 37 Densidade g/l 1567 1574 1562 1579 1566 1570 Com corpos de provas de 5x10 cm foram efetuados ensaios de queima gradiente, com sucessiva caracterização das propriedades de queima: retração linear, absorção de água, e avaliação colorimétrica a cada temperatura, os resultados podem ser visualizados na Tabelas 6, 7 Tabela 6 Resultado de retração linear em queima gradiente Retração linear GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5 1180 C 47 7.18 7.59 7.45 6.98 7.98 8.05 1190 C 47 7.56 7.72 7.63 7.33 8.37 8.26 1200 C 47 7.62 7.78 7.71 7.40 7.93 7.95 1210 C 47 7.46 7.53 7.53 7.28 7.68 7.38 1220 C 47 7.21 7.44 7.40 7.03 7.31 7.12 Todas as formulações apresentam-se mais fundentes que a formulação de referência, obtendo-se uma retração linear similar nas formulações: GP 1, GP 2 e GP 3. Em particular a formulação GP 2 apresenta uma absorção d água próxima a 0% (e neste caso, com uma retração linear próxima), enquanto as formulações GP 4 e GP 5 manifestam já uma tendência à sobre-queima a 1200 C, na qual iniciam expansão. Particularmente linear apresenta-se o comportamento da formulação GP 5, na qual a retração linear é comparável à da formulação de referência, embora a absorção d água tenha se apresentado menor. Em síntese, se no ciclo produtivo existe a exigência ou tendência em se reduzir a temperatura de queima, as formulações GP 4 e GP 5 permitem a redução de alguns graus
na temperatura de queima. Se por outro lado, visa-se preservar as atuais condições de queima, é aconselhável direcionar-se para outras formulações, especialmente a GP 3. 6 Tabela 7 Resultado de absorção de água em queima gradiente Absorção d água GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5 1180 C 47 1.84 0.11 0.07 0.46 0.08 0.07 1190 C 47 0.16 0.08 0.03 0.11 0.03 0.05 1200 C 47 0.09 0.03 0.00 0.00 0.03 0.01 1210 C 47 0.05 0.02 0.02 0.04 0.00 0.00 1220 C 47 0.05 0.04 0.04 0.03 0.01 0.00 A Tabela 8 apresenta os resultados de colorimetria dos corpos de prova queimados a diferentes temperaturas. Tabela 8 Características de colorimetria dos corpos de provas queimados. L (Luminosidade) GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5 1200 C 75.49 75.63 76.51 75.77 76.12 76.02 1210 C 76.01 77.04 77.48 76.66 77.15 77.12 1220 C 77.48 77.69 78.61 77.70 78.21 78.31 a (vermelho/verde) GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5 1200 C 1.81 1.94 1.65 1.94 1.81 1.87 1210 C 1.42 1.48 1.23 1.49 1.33 1.43 1220 C 1.13 1.03 0.88 1.15 1.09 1.03 b (amarelo/azul) GP 0 GP 1 GP 2 GP 3 GP 4 GP 5 1200 C 8.19 8.67 9.27 8.21 8.86 8.93 1210 C 8.01 8.47 9.01 7.92 8.74 8.78 1220 C 7.93 8.38 8.88 7.80 8.68 8.71
O índice de luminosidade apresenta-se igual ou melhor, em todas as formulações e temperaturas de queima avaliadas, particularmente na formulação GP 2. Nenhuma formulação resultou em decadência do parâmetro a (vermelho/verde), e neste caso os resultados mais apreciados foram os da formulação GP 2. Para o parâmetro b (amarelo/azul), não se observa diferenças significativas entre elas e a de referência, e a formulação de melhor resultado seria a GP 3. 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao serviço prestado pelo Gruppo Minerali do Brasil Ltda, e a sua inserção na Cadeia de Suprimentos do Grês Porcelanato, desenvolvendo formulações cerâmicas, que atendam às especificações técnicas, e com uma função objetivo de minimizar custos, ressalta-se que em essência, nenhuma das formulações apresentou resultados piores que a de referência no tocante à avaliação colorimétrica, outrossim, uma melhoria sensível na luminosidade. Os resultados obtidos na presente pesquisa permitem afirmar que é plenamente possível a introdução do feldspato F 60/15 em porcentuais entre 8-19 %na formulação atual de grês porcelanato, destacando-se os seguintes resultados: 1. Melhoria dos valores de absorção d água; 2. Manutenção dos valores atuais de retração linear; 3. Melhoria ou manutenção dos valores colorimétricos; 4. Economia financeira no custo de massa; 5. Possibilidade de redução de temperatura de queima; 6. Boa estabilidade dimensional da massa, pela introdução de matéria prima com quantidades equivalentes de sódio e potássio. A introdução de teores de Feldspato 60/15 superiores a 19% poderá ser avaliada com posteriores ensaios.