CAPÍTULO III – MATERIAIS CERÂMICOS
3.2 Matérias-Primas Cerâmicas
3.2.1 Matérias-Primas Plásticas
A argila é a mais antiga matéria-prima cerâmica devido à plasticidade que possui quando misturada com água (BOIX, 1994). Entende-se por argila rocha constituída essencialmente por minerais argilosos, podendo conter outros minerais, os minerais não argilosos, além de matéria orgânica e outras impurezas. Caracteriza-se fisicamente por (GOMES, 1988):
a) possuir conteúdo elevado de partículas com tamanho ≤ 2µm;
b) quando pulverizada e misturada com água em quantidade adequada, torna-se plástica;
c) após secagem, torna-se consistente e rígida, e após queima a temperatura elevada, se superior a 1000 oC, adquire grande coesão.
Os argilominerais são os constituintes básicos das matérias-primas argilosas. A maior parte dos argilominerais provém da transformação de silicatos primários ou de vidros vulcânicos sob a influência da água e de gases atmosféricos (AMORÓS, 1998). Os grupos fundamentais com os quais são construídos todos os tipos de estruturas cristalinas dos argilominerias conhecidos são tetraedros e octaedros de átomos ou íons de oxigênio e de íons hidroxila, ao redor de pequenos cátions (SOUZA SANTOS, 1989).
Os grupos tetraédricos estão ligados entre si para formar folhas hexagonais contínuas; os grupos octaédricos também estão ligados hexagonalmente em folhas octaédricas; essas folhas são
usualmente chamadas de folhas tetraédricas e octaédricas, respectivamente. A junção das folhas tetraédricas e octaédricas permitem visualizar a estrutura dos argilominerais. A união de uma folha tetraédrica com uma folha octaédrica origina a estrutura de silicato em camada 1:1. Quando duas folhas tetraédricas e uma folha octaédrica são unidas, através da inversão de uma tetraédrica, forma-se a estrutura de silicato em camada 2:1 (MOORE, 1997).
Na folha tetraédrica o cátion dominante é Si4+, mas Al3+ o substitui freqüentemente, e o Fe3+ ocasionalmente. Para a folha octaédrica, os cátions são geralmente Al3+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ti4+, mas outros cátions de tamanhos médios, tais como Cr3+, Mn2+, Zn2+, Li+, também ocorrem em algumas espécies. A menor unidade estrutural contém três octaedros. Se todos os três octaedros são ocupados, isto é, todos têm cátions nos seus centros, a folha é classificada como trioctaédrica. Se apenas dois dos octaedros são ocupados e o terceiro tem um vazio, a folha é classificada como dioctaédrica (MOORE, 1997; KLEIN, 1993).
3.2.1.1 Principais Argilominerais
Os filossilicatos se dividem em três grupos principais, de acordo com o número de camadas por folhas que apresentam: grupo da caulinita, grupo da mica e grupo da clorita.
a) Grupo da Caulinita
Os minerais do grupo da caulinita apresentam uma camada octaédrica de Al3+ e uma tetraédrica de Si-O. Esse grupo compreende os filossilicatos com estrutura do tipo Te-Oc (1/1) sem cátions interlaminares (GOMES, 1988).
Os minerais desse grupo possuem uma estrutura mais estável, quando comparados a outros minerais argilosos. Os argilominerais constituídos por camadas 1:1 geralmente apresentam nenhuma ou muito pouca carga nas camadas, uma vez que os cátions tetraédricos são geralmente ocupados por Si4+ e os octaédricos todos por Al3+ ou Mg2+. Se ocorrer uma substituição na folha, quase sempre haverá uma compensação numa outra folha e a neutralidade é mantida. Nesse grupo podem-se destacar a caulinita, Al4[Si4O10](OH)8, e a halloysita, Al4[Si4O10](OH)8.4H2O
(MOORE, 1997; KLEIN, 1993).
As argilas cauliníticas contêm normalmente 80% ou mais de caulinita, minerais argilosos de três camadas, pequenas quantidades de quartzo e diversos óxidos, que são em sua maioria fundentes. As duas fases estáveis de alta temperatura desenvolvidas quando a caulinita é sinterizada são: mulita e cristobalita (GOMES, 1988).
• Mulita I - Começa a ser formada partir de 950o C e continua a desenvolver-se até cerca de 1100o C manifestando-se sob a forma de pequenos cristais lamelares (0,05-0,2µm) que são
zonados devido à sua não homogeneidade química, com composição talvez próxima de 3Al2O3.2SiO2, isto é, mulita 3:2.
• Mulita II - Desenvolve-se a partir de cerca de 1200o C apresentando-se sob a forma de cristais prismáticos relativamente bem desenvolvidos, quimicamente mais homogêneos, talvez de composição próxima de 2Al2O3.SiO2, isto é, mulita 2:1.
Os produtos cerâmicos à base de argilas cauliníticas apresentam propriedades desejáveis de dureza, translucência e resistência mecânica devido ao desenvolvimento dos cristais de mulita, importando o número deles e a respectiva dimensão e forma (GOMES, 1988). A mulita é uma fase muito resistente ao ataque químico e que, por apresentar estrutura romboédrica, proporciona grande resistência mecânica às peças sinterizadas (WORRALL, 1975).
• Cristobalita - A sua formação começa entre 1100 e 1200o C. A cristobalita resulta da organização cristalina da SiO2 exsudada durante o desenvolvimento da mulita (DEER et al., 2000).
A equação química global que mostra a formação das fases estáveis resultantes do aquecimento da caulinita pode ser representada do seguinte modo:
2 [Al2Si2O5(OH)4] 2Al2O3.SiO2 + 3SiO2 + 4H2O Cristobalita
b) Grupo da Mica
Os minerais do grupo da mica são constituídos por três camadas: uma octaédrica de Al3+, ou Mg2+ situadas entre duas camadas hexagonais de tetraedros Si-O, sendo do tipo Te-Oc-Te (2/1) (GOMES, 1988).
No grupo das micas hidratadas encontra-se a montmorilonita, (AlMg)8(Si4O10)3(OH).12H2O. Em sua estrutura, as folhas estão separadas por um número variável de camadas de água que podem provocar um inchamento na sua estrutura. As argilas montmoriloníticas (principalmente a bentonita) são utilizadas em baixas proporções para aumentar a plasticidade de uma massa cerâmica (RENAU, 1994).
As micas parcialmente hidratadas são conhecidas como ilitas, filossilicato de forma aproximada: (OH)2Al2Si4-xAlxKxO10, 0,5<x<0,75. A ilita pode estar presente na maioria das argilas utilizadas na fabricação de pavimentos e revestimentos cerâmicos. A estrutura cristalina do argilomineral ilita é semelhante à da montmorilomita, com diferença de que há substancialmente uma substituição maior de alumínio por silício, o que dá uma maior carga à estrutura cristalina e o cátion neutralizante é o potássio (SOUZA SANTOS, 1989).
Entre as micas não hidratadas estão os argilominerais talco Mg3[Si4O10](OH)2, e pirofilita, Al2[Si4O10](OH)2. Esses minerais não apresentam substituição tetraédrica ou octaédrica, nem carga ou material entre as camadas. Estruturalmente, a diferença entre ambos está no elemento que ocupa o centro da camada octaédrica: magnésio no talco e alumínio na pirofilita (KLEIN, 1993).
c) Grupo da Clorita
A estrutura cristalina das cloritas é constituída por camadas alternadas estruturais do tipo mica (uma camada de gibsita entre duas camadas de silicato) e brucita (hidróxido de magnésio). São argilominerais do grupo 2:1, com brucita interlamenar: o magnésio da camada brucita é substituído parcialmente por íons alumínio ou férrico para favorecer o excesso de carga positiva necessária para neutralizar as substituições de alumínio em lugar de silício na camada do silício (SOUZA SANTOS, 1989).