Formulação das misturas

Para a escolha das formulações, algumas características das MPs foram avaliadas. As MPs “E” e “F” são matérias-primas não onerosas e com apenas 4% de participação, cada uma, na mistura total e, por isso, não se compensa sua substituição. A MP “G” é o resíduo gerado no processo, portanto, visando a não geração de mais resíduos, essa MP também não seria uma boa escolha de substituição.

As MPs “B” e “C” são as mais onerosas, conforme informado pela indústria, que diz haver custos elevados relacionados ao transporte desses produtos. Além disso, estão presentes em percentuais elevados, 17% e 16,5%, respectivamente, conforme apresentado na Tabela 6. Logo, substituições nessas MPs, seriam vantajosas do ponto de vista econômico.

A MP “A” é a com maior participação na massa de referência: 38%. Ainda, é um material com função de fundente na mistura, assim como “B”. Foi observado no resultado da análise química da EGAF, Tabela 4, que essa possui altos teores de óxidos alcalino-terrosos, o que indica que é um material que atuará como fundente na mistura. Com isso, podem ser viáveis as substituições das MPs “A” e “B” por EGAF (DANA, DAS e DEY, 2005; PAL et al., 2016; SEGADÃES, 2006).

Quanto a MP “D”, ainda que esteja presente em percentual significativo, 16,5%, é de baixo custo não compensando a sua substituição.

Portanto, as matérias-primas A, B e C foram escolhidas para serem substituídas pela EGAF no percentual de 5% em massa. Três misturas foram preparadas e testadas: ● Mistura 01 - Substituição de 5% de “A” por EGAF;

● Mistura 02 - Substituição de 5% de “B” por EGAF; ● Mistura 03 - Substituição de 5% de “C” por EGAF.

A partir dos dados das composições químicas obtidas pela técnica de FRX tanto das MPs quanto da EGAF (Tabela 5 e Tabela 4), foi possível, por meio de um balanço de massa, que considerou a porcentagem de cada MP nas misturas (Tabela 7), estimar as composições das misturas preparadas. Para os óxidos de ferro e de titânio da EGAF, foram utilizados os teores disponíveis no site da empresa, devido ao fato de que a análise de FRX fornecida não continha tais teores (ARCELORMITTAL, 2019). As composições das misturas cerâmicas da etapa 1 estão apresentadas na Tabela 10.

Tabela 10 - Composição química das massas preparadas, valores em porcentagem.

Na₂O MgO Al₂O₃ SiO₂ K₂O CaO TiO₂ Fe₂O₃ Referência 1,51 1,12 19,05 63,36 4,01 2,68 0,50 1,99 Mistura 01 1,33 1,47 18,84 61,44 3,77 4,64 0,53 1,97 Mistura 02 1,50 1,37 18,20 62,52 3,61 4,68 0,49 1,89 Mistura 03 1,52 1,36 18,80 61,53 3,95 4,66 0,51 1,89 Fonte: Autora (2019).

Algumas relações podem ser estabelecidas por meio da composição química e permitem uma comparação entre as massas. O uso dessas relações permite prever, de certa forma, se as substituições de MPs usuais por outros materiais, como resíduos, são vantajosas técnica e economicamente (SEGADÃES, 2006).

A relação SiO2/Al2O3 é um indicativo de fusibilidade. Quanto maior a razão entre tais

componentes, mais fundente é a massa, possibilitando a sinterização a temperaturas inferiores. Para a referência, essa relação equivale a 3,33. Para as Misturas 01, 02 e 03, os valores são, respectivamente, 3,26; 3,44 e 3,27. Apesar de serem valores bem próximos, pode-se considerar como indicativo de que a Mistura 02 irá fundir em uma temperatura inferior às demais massas (LOT et al., 2017).

Outra relação que pode ser estabelecida com a composição química está atrelada aos teores de compostos de óxidos alcalinos e alcalinos terrosos. Um bom uso dessas observações quanto a composição química, está na procura por fundentes capazes de substituir o feldspato em cerâmicas. Isso porque os compostos CaO, MgO, K2O e Na2O atuam como fundentes. Os efeitos de fundência do K2O e do

Na2O são similares, ou seja, levam a formação de fase líquida a temperaturas

inferiores e com menor viscosidade. Ainda, a presença de óxidos alcalino terrosos (CaO e MgO) no sistema, mesmo em níveis baixos, conferem menor temperatura inicial de fusão e maior quantidade de fase líquida a qualquer temperatura. Dessa forma, a análise da fundência de uma massa pode ser analisada em função da soma de CaO+MgO+K2O+Na2O, como apresentado na Tabela 11 (SEGADÃES, 2006).

Tabela 11 - Teores de óxidos alcalinos e alcalinos terrosos nas misturas da Etapa 1, em porcentagem.

Referência Mistura 01 Mistura 02 Mistura 03

CaO+MgO+K2O+Na2O 9,31 11,22 11,16 11,49

Fonte: Autora (2019).

Com os percentuais observados de óxidos alcalinos a alcalinos terrosos nas misturas, espera-se que os resultados dos ensaios físicos com os cps indiquem que as misturas que contêm o coproduto EGAF possuam temperatura de fusão inferiores à Referência.

5.2.2 Termogravimetria das misturas

Os resultados das análises térmicas das Misturas 01, 02, 03 e Referência estão apresentados na Figura 27. Assim como no caso das MPs e EGAF, não foi possível apresentar a derivada primeira, pois as diferenças de massa nos eventos foram pequenas.

Observa-se, em todas as misturas, a ocorrência de dois eventos: o primeiro em aproximadamente 500°C e o segundo em 700°C. Ao final do ensaio, a maior perda de massa ocorreu na mistura Referência, equivalendo a 7,63%.

As Misturas 01 e 02 ficaram, ao final do ensaio, com perdas em massa de 4,04% e 3,17% respectivamente, enquanto que na Mistura 03 não houve perda, finalizando o ensaio com 0,13% de ganho em massa.

O estudo de Martín-Márquez, Ricón e Romero (2008) sobre o comportamento térmico de porcelanato com composição de 50% de argila caulinítica, 40% de feldspato e 10% de quartzo atribuiu ao pico endotérmico em aproximadamente 550ºC as reações de desidroxilação da caulinita e de transformação de quartzo α em quartzo β, com perda de massa de 4,68%. Pal et al. (2016) analisaram as termogravimetrias de massas de porcelanato vitrificado com e sem escória de alto- forno incorporada e em ambas identificaram picos endotérmicos por volta de 520ºC, os quais atribuíram à desidroxilação da caulinita. Os picos endotérmicos encontrados por eles em 550ºC também foram atribuídos à transformação de quartzo α em quartzo β. Tahran, Tahran e Aydin (2017) observaram as mesmas transformações em massas de porcelanato com e sem resíduos de louças sanitárias entre 450ºC e 600ºC.

Observa-se que nos ensaios das misturas contendo EGAF ocorre um ganho de massa, próximo à 400°C, que não se apresenta no TG da Referência. É possível que esteja ocorrendo alguma reação de oxidação devido à presença de metal residual na EGAF. Além disso, conforme foi observado na Figura 24 do TG da EGAF, esse apresentou ganho de massa de 3,79%, o que pode influenciar para que as misturas com EGAF percam menos massa do que a Referência ao final da queima.

Figura 27 - Termogravimetria das Misturas 01, 02, 03 e Referência.

Fonte: Autora, 2019.

5.2.3 Plasticidade das misturas

Plasticidade é a propriedade que um sistema possui de se deformar pela aplicação de uma força e de manter essa deformação quando a força é retirada. O limite de plasticidade (LP) é o teor de água (%) acima da qual a massa pode ser enrolada em cilindros de cerca de 3 mm de diâmetro e 15 cm de comprimento. Por outro lado, o limite de liquidez (LL) é o teor de água (%) acima do qual a massa flui como um líquido, quando agitada ligeiramente. O índice de plasticidade (IP) é a diferença entre LL e LP. Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 12 (ABNT, 1984a; ABNT, 1984b; SANTOS, 1989).

Tabela 12 - Resultados do ensaio de determinação da plasticidade das massas (LP, LL e IP).

Referência Mistura 01 Mistura 02 Mistura 03

LP (%) 21 28 32 28

LL (%) 30 34 35 34

IP (%) 9 6 3 6

Fonte: Autora, 2019.

A composição mineralógica, a distribuição de tamanho de partículas, a quantidade de matéria orgânica e aditivos podem afetar a plasticidade. Granulometria fina e maior teor de matéria orgânica tendem a aumentar a plasticidade, já a presença de sílica livre em forma de quartzo reduz a plasticidade (ANDRADE; AL-QURESHI; HOTZA, 2011).

Quanto maior o LP de um material cerâmico, mais plástico considera-se esse material e mais água é necessária para formar uma massa plástica. Observa-se um aumento no valor de LP quando se adiciona a EGAF, o que indica que, para a prensagem das peças é necessário maior teor de água. Esse acréscimo de água na produção de revestimentos cerâmicos pode refletir na elevação do gasto energético e do risco de defeitos na etapa de secagem. Por outro lado, com materiais mais plásticos podem ser obtidos cps mais compactados e com maior resistência mecânica a verde (VIEIRA; SOARES E MONTEIRO, 2003; LOT et al., 2017).

Seguindo o critério de Patton (1978), que analisou a plasticidade de solos, a Referência, a Mistura 01 e a Mistura 03 se enquadram como medianamente plásticos (6% < IP < 9%), já a Mistura 02 pode ser considerada ligeiramente plástica por possuir o IP entre 1% e 5%. Além disso, pode-se concluir que a incorporação do resíduo reduziu o intervalo em que a massa se mantém no estado plástico.