Propriedades das argilas

As matérias-primas cerâmicas, como as argilas, podem apresentar uma grande variabilidade em sua composição química e mineralógica, estrutura química, tamanho de partículas entre outras características que influenciam em suas propriedades finais [24]. Devido a isso, sua caracterização torna-se mais complicada, necessitando de técnicas especiais para tal. Então, os itens a seguir irão definir algumas propriedades das argilas e suas técnicas de caracterização.

2.2.5.1. Análise Química – Composição Química, Umidade e Perda ao Fogo

Como citado anteriormente, as argilas são materiais muito heterogêneos e suas características dependem da sua formação geológica e da sua localização de extração [25]. Devido a isso, a análise da composição química do material é de extrema importância para compreender suas propriedades e definir seu uso específico. A Tabela 3 apresenta os principais componentes de uma argila e suas propriedades.

Tabela 3. Principais componentes da argila e suas propriedades.

Componentes Propriedades

Sílica livre Diminui a retração durante os processos de sazonamento e queima; reduz a plasticidade da argila.

Alumina Propicia estabilidade dimensional em temperaturas elevadas

Óxido de ferro Junto com o argilomineral caulinita, é responsável pela cor vermelha; reduz a propriedade refratária.

Carbonato e sulfato de cálcio e magnésio

Resultam em expansão volumétrica; agem como fundentes.

Álcalis Baixam o ponto de fusão e reduzem a porosidade, o teor de álcalis é da ordem de 10%.

Cálcio Age como fundente.

Silicatos e fosfatos São fundentes, alguns aumentam a resistência de cerâmica.

Sais solúveis Provocam a eflorescência no material cerâmico.

Matéria orgânica Resulta em retração, fissuras durante os processos de sazonamento e queima e diferenças de coloração em um mesmo componente cerâmico.

Fonte: Adaptado de 26.

A técnica de fluorescência de raios X (FRX) é uma análise semi-quantitativa muito utilizada para definir a composição química de argilas e fornece como resultado a relação dos elementos constituintes da argila com a sua proporção na forma de óxidos [27]. Para complementar os resultados encontrados na análise química, é utilizada a análise de fases por difração de raios X (DRX).

Dessa forma, é possível um maior entendimento da composição do material.

A análise de composição química de uma argila deve ser realizada sempre com o material seco. Entretanto, as argilas normalmente apresentam um teor

variável de umidade, sendo de extrema importância sua determinação. Em geral, coloca-se uma amostra da argila em estufa a 110 ºC por um determinado tempo e verifica-se a variação de massa. Para alguns argilominerais, é possível a remoção da água entre as camadas, de coordenação e adsorvida nos poros [16].

A perda ao fogo também é uma análise muito importante para identificar a quantidade de água intercalada, de coordenação e zeolítica, água de hidroxilas dos argilominerais, hidróxidos existentes, componentes voláteis de matéria orgânica, sulfetos, sulfatos e carbonatos. A perda ao fogo é calculada colocando-se uma amostra da argila em forno mufla em temperaturas acima de 800 ºC por um determinado tempo, e medindo-se a variação de massa [16].

2.2.5.2. Composição mineralógica – Análise das fases presentes

As argilas são compostas por partículas cristalinas extremamente pequenas de um número restrito de minerais conhecidos como “argilominerais”.

Uma argila pode ser composta por partículas de apenas um argilomineral ou por uma mistura de diversos argilominerais. Os argilominerais podem apresentar estruturas muito complexas, o que dificulta a identificação de cada fase. Devido a isso, é necessária uma análise muito detalhada para identificar as fases presentes em uma determinada argila [16].

O argilomineral mais comumente encontrado é a caulinita. Sua composição química é Al2O3.2SiO2.2H2O e sua estrutura cristalina é formada pelo empilhamento de camadas formadas por uma folha de tetraedros SiO4 e uma folha de octaedros Al2(OH)6, também chamada folha de gibsita, ligadas entre si em uma única camada, através de oxigênio em comum. A caulinita é um argilomineral presente nas argilas que apresentam características refratárias [16].

O argilomineral do grupo esmectita, ou montmorilonita, apresenta características tecnológicas muito importantes, uma vez que são utilizadas na fabricação de tijolos, papel, borracha, tinta e como catalisadores da hidrogenação e de outras reações químicas [28]. Sua fórmula geral é (OH)2(Al, Mg, Fe)2(Si2O5)2

e sua estrutura é constituída de duas folhas de silicatos tetraédricas, com uma folha central octaédrica, unidas entre si por oxigênio comum às folhas [16].

O argilomineral ilita-mica, apresenta uma estrutura cristalina semelhante à montmorilonita, com a diferença de que há uma substituição maior de alumínio por silício, o que dá uma maior carga à estrutura cristalina, e o cátion neutralizante é o potássio. O alumínio é o cátion octaédrico dominante, mas magnésio e ferro podem estar presentes; o argilomineral pode ser dioctaédrico ou trioctaédrico. A presença de potássio em sua estrutura faz com que essa classe de argilomineral apresente uma boa resistência após a sinterização [16].

A sílica (SiO2) é um dos minerais mais abundantes da crosta terrestre. Sua forma mais comum é quartzo, porém outras formas são encontradas na natureza, como tridimita, cristobalita, sílica vítrea, entre outros. Sua estrutura é constituída de um retículo tridimensional de tetraedros de SiO4 ligados numa estrutura compacta. A sílica apresenta uma grande aplicação na indústria cerâmica, como na fabricação de vidros, vidrados, esmaltes, abrasivos, tijolos de sílica, tijolos de sílica-cal e produtos de cerâmica branca. Seu uso em diversas áreas está relacionado com a sua dureza, relativa infusibilidade, baixo custo e capacidade de formar vidros [29].

A mistura de argilominerais em uma argila pode gerar interferências nos métodos de identificação, principalmente se estiverem presentes em baixo teor na amostra. Devido a essa dificuldade na identificação dos argilominerais presentes é importante associar várias técnicas, como DRX, FRX e microscopia eletrônica, para se obter um resultado mais preciso [16]. A análise de difração de raios X (DRX) fornece como resultado as fases presentes na argila. A vantagem em se utilizar o DRX está no fato de que o difratograma apresenta um grande número de picos o que facilita a identificação, principalmente no caso de misturas, em que se pode ter a superposição de alguns picos, mas nunca de todos [27].

A técnica de difração de raios X utiliza os valores medidos para a distância interplanar basal do argilomineral [16]. A Figura 9 apresenta uma ilustração esquemática da distância interplanar basal dos principais argilominerais.

Figura 9. Esquema da distância interplanar basal dos principais argilominerais.

Fonte: Adaptado de 16.