D) Ensaios Físicos das Misturas Aditivadas Queimadas em
D.2) Queimados em Forno Industrial a Temperatura de 1171°C
Devido a refratariedade obtida no subnível argiloso da Formação Tatuí (amostra Tt) optou-se pela preparação de novas misturas entre a amostra Tt e um aditivo mais fundente como o diabásio na tentativa de determinar uma utilização cerâmica para essa argila, como material base. Neste item são discutidos os resultados obtidos nos corpos de prova das massas aditivadas sinterizados no forno industrial da Cerâmica VillaGres à temperatura máxima de 1171°C com ciclo de queima de 40 minutos, apresentando curva de queima padronizada (ver Figura 15). As misturas foram preparadas adicionando-se o diabásio à massa argilosa (Tt) nas proporções de 5, 10 e 15%, sendo confeccionados tanto corpos de 7x2 cm (MTD-1p, MTD-2p e MTD-3p) como de 15x7 cm (MTD-1g, MTD-2g e MTD-3g) para efeito de comparação das propriedades cerâmicas obtidas em laboratório com as conseguidas em queima no forno industrial (ver Foto 17 no Anexo 1).
No Gráfico 31 são comparadas as propriedades cerâmicas entre os corpos de prova de 7x2 cm (MTD-1p, MTD-2p e MTD-3p), com os de 15x7 cm (MTD-1g, MTD-2g e MTD-3g) queimados a 1171°C. Os corpos de prova foram colocados sobre uma placa refratária em cima da esteira do forno industrial para evitar a queda destes, devido ao seu tamanho. Obtiveram-se os seguintes resultados (ver Planilha 13 no Anexo 4):
• Todos os valores obtidos pelas amostras são considerados insatisfatórios para serem utilizados como revestimentos cerâmicos, pois se encontram abaixo ou muito acima dos limites utilizados pelas empresas cerâmicas da região, por exemplo, os índices de módulo de ruptura à flexão são inferiores a 18 MPa enquanto que os de absorção de água são superiores a 10%.
• As amostras apresentaram valores de propriedades cerâmicas muito similares, indicando que mesmo aumentando a entrada de aditivo (DB) na massa base (amostra Tt) não houve uma melhora significativa nas propriedades desta.
Legenda
controle superior de T controle inferior de T
Figura 15 : Curva de queima do forno de rolo horizontal da Indústria Cerâmica VillaGres
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
TEMPO (em minutos)
T E M P E R A T U R A (e m C )
O ciclo de queima do forno industrial da Cerâmica VillaGres é de 40 minutos (mais longo devido ao fato de ser utilizado em queima de produtos por via úmida).
O termopar superior registra a primeira temperatura de queima em T5.
A temperatura máxima de queima da curva do forno foi no intervalo T22 a T24 = 1171C
Nos primeiros quatorze minutos (T14) a velocidade média de aquecimento medida pelo termopar superior foi de 36C/min.
De T14 até atingir a temperatura máxima (em T22 e T24) a velocidade média de aquecimento (medida pelo termopar superior) foi de 54C/min.
A partir da temperatura máxima (T22, T24) a velocidade de resfriamento foi rápida e controlada para evitar defeitos nas peças cerâmicas.
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• Como ocorreu no item anterior os corpos de prova pequenos de 7x2 cm (MTD-1p e MTD-3p) apresentaram resultados melhores que os de 15x7 cm (MTD-1g e MTD-3g) sendo explicado pelo mesmo fator: os corpos de dimensões menores apresentaram uma melhor distribuição do calor, gerando uma melhor sinterização. A única exceção foi o corpo MTD-2g que apresentou resultados melhores que o corpo MTD-2p.
• Os valores de módulo de ruptura à flexão das amostras ficaram entre 11 e 15 MPa.
• Os índices de absorção de água ficaram superiores a 10% (entre 12 e 14%) para todas as amostras (classificadas como BIII).
• Em relação à porosidade aparente, seus valores ficaram entre 25 e 27%.
• A retração de queima foi constante em todas as amostras, ficando em torno de 2%. Os corpos de prova retraíram muito pouco, apesar do diabásio (aditivo) ser bem fundente, devido aos teores elevados de sílica presentes na massa base (Tt).
• Quanto à distribuição granulométrica de prensagem, as três amostras são semelhantes (ver Gráfico 32A, B e C) não influindo muito nos resultados das propriedades cerâmicas.
• A amostra Tt como massa base, mesmo aditivada com um material bem fundente (como o diabásio), não é adequada para ser utilizada como revestimento cerâmico, pois é uma amostra de granulometria grossa, muito porosa (devido provavelmente aos altos teores de quartzo), pouco plástica e refratária.
• A argila (Tt) só poderia ser utilizada na indústria de revestimentos cerâmicos como aditivo em pequenas proporções, de preferência aditivada a outras argilas com propriedades melhores (como as argilas da Formação Corumbataí). Mas seu uso (como massa base) pode ser bem adequado no caso de cerâmica vermelha (tijolos e telhas).
De acordo com os resultados obtidos, as amostras descritas neste tópico, quanto ao índice de absorção de água, podem ser classificadas segundo o Quadro 21 logo abaixo:
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Quadro 21: Classificação aproximada dos produtos queimados em forno industrial a
temperatura de 1171°C, quanto à absorção de água, em função do processo de queima e tamanho
Massa Básica Nome Tamanho (cm) Tipo de Forno Classificação
MTD-1p 7X2 Industrial BIII MTD-1 (5% de DB) MTD-1g 15x7 Industrial BIII MTD-2p 7x2 Industrial BIII MTD-2 (10% de DB) MTD-2g 15x7 Industrial BIII MTD-3p 7X2 Industrial BIII MTD-3 (15% de DB) MTD-3g 15X7 Industrial BIII
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 M T D -1 p M T D -1 g M T D -2 p M T D -2 g M T D -3 p M T D -3 g PA AA MRF RLQ V A L O R E S (e m % e M p a ) AMOSTRAS
GRÁFICO 31: Comparação das propriedades físico-cerâmicas entre os corpos de prova de 7x2 cm (amostras MTD-1p, MTD-2p e MTD-3p) com os corpos de 15x7 cm (amostras MTD-1g, MTD-2g e MTD-3g) todos queimados em forno industrial à 1171C*, **
*OBS: SENDO MRF = MÓDULO DE RUPTURA Á FLEXÃO; AA = ABSORÇÃO DE ÁGUA; PA = POROSIDADE APARENTE E RLQ = RETRAÇÃO LINEAR DE QUEIMA
**OBS: A AMOSTRA MTD-1 APRESENTA UMA GRANULOMETRIA MAIS GROSSA DO ADITIVO (DIABÁSIO) ADICIONADO À MASSA, ENQUANTO QUE PARA AS AMOSTRAS MTD-2 E MTD-3 O ADITIVO FOI MOÍDO MAIS FINO (PASSANTE EM PENEIRA 200 MESH)
(A)
(B)
(C)
LEGENDA Peneira #35 Peneira #230 Peneira #60 Prato Peneira #120Gráfico 32: Distribuição Granulométrica de Prensagem das amostras compostas de argila Tatuí (como massa base) aditivadas com diabásio, queimados em forno industrial a 1171C, sendo: (A)=MTD-1, (B)=MTD-2, (C)=MTD-3. 88% 10% 0% 2% 0% 0% 0% 1% 10% 89% 0% 0% 1% 9% 90%
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10 – CONCLUSÕES
Os níveis argilosos da mina Sartori usados para compor a massa básica M4 são muito homogêneos quimicamente e semelhantes mineralogicamente (S1 e S2, sendo que a argila SL é mais expansiva). Todos os materiais testados para serem aditivados a essa massa (M4) mostraram-se adequados, dentro de certos limites de tolerância, dependendo da granulometria e das composições química e mineralógica. Ressalta-se que atualmente a mina Sartori encontra-se paralisada, mas que as conclusões aqui explicitadas podem ser reproduzidas “geneticamente” em outras minas da região.
As massas aditivadas queimadas em laboratório podem ser agrupadas em quatro conjuntos de acordo com o comportamento cerâmico:
1) Grupo 1: composto pelas amostras MDB-1, MDB-2 MDB-3, MTt-1, MTt-2, MTt-3, MGN-1, MGN-2, MGN-3, MQZ-1, MQZ-2 e MQZ-3
2) Grupo 2: representado pelas amostras MF1 e MGI1-5
3) Grupo 3: formado pelas amostras MGI1 -10, MGI2-5, MF2, MGSR-5 e MGSR-10
4) Grupo 4: composto pelas amostras MF3, MGI1 -15, MGI2-10, MGI2-15 e MGSR- 15.
Grupo 1;
• As amostras adicionadas com o diabásio (MDB-1, MDB-2 e MDB-3) apresentaram uma boa sinterização e resultados melhores que a massa básica M4, provavelmente pelo teor mais elevado em fundentes em relação a todos os outros aditivos. Acima de 8% de diabásio aditivado à massa básica M4, o índice de absorção de água ficou menor que 0,5%, não sendo adequado para ser empregado em revestimentos cerâmicos comuns. Em termos comerciais isto seria uma vantagem, pois, para se obterem peças cerâmicas com absorção de
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água entre 6 e 10% (revestimentos cerâmicos comuns), a temperatura de queima teria de ser diminuída, significando economia de energia na indústria cerâmica.
Outra aplicação desse tipo de composição seria a utilização experimental como grês porcelanato vermelho ou pastilhas cerâmicas vermelhas como também vem sendo usado experimentalmente na Itália e Espanha.
• As aditivações do material da Formação Tatuí (Tt) às argilas da Formação
Corumbataí (M4), apresentaram excelentes resultados nos ensaios cerâmicos
(MTt-1, MTt-2 e MTt-3). A mistura entre as argilas melhorou a distribuição granulométrica de prensagem (amostra Tt é mais grossa), aumentando o teor de finos do material (Tt) e melhorando a sinterização. Por outro lado a entrada de um material tão rico em sílica livre (massa Tt pura) auxiliou na estruturação do produto final cerâmico. Esse material seria excelente para ser adicionado em massas argilosas muitos plásticas, como desplastificante.
• Em relação ao gnaisse as amostras aditivadas com esse material apresentaram bons resultados físicos cerâmicos principalmente pela presença elevada de fundentes associada a uma granulometria fina. Semelhante ao diabásio, o gnaisse aditivado em proporções acima de 8% gerou queda do índice de absorção (abaixo de 0,5%), sendo que para ser utilizado como revestimento cerâmico comum seria necessário diminuir a temperatura de queima, o que seria interessante do ponto de vista econômico. Esteticamente, a adição desse material contribui para o clareamento da cor de queima devido à presença elevada de sílica e ao baixo teor de minerais de ferro.
• Quanto às amostras aditivadas com quartzito os resultados foram considerados muito satisfatórios pela combinação de fatores como: a atuação da sílica livre que auxilia na estruturação do produto final cerâmico e a granulometria bem fina (cataclástica). Esse material seria excelente para corrigir argilas muito plásticas, tanto com problemas na compactação dos corpos de prova, como as que apresentam índices elevados de retração de queima, além de contribuir esteticamente com o clareamento do produto cerâmico final.
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Grupo 2:
• Com valores de propriedades físico-cerâmicas um pouco mais baixos que os do Grupo 1, mais ainda melhores que os da massa básica M4, encontra-se a amostra MF1. O quartzo-filito do Grupo São Roque, apresenta uma matriz muito fina composta por sericita e quartzo, obtendo-se uma boa compactação durante a prensagem dos corpos de prova e conseqüentemente melhor sinterização no forno. Esse material, como o quartzito (Grupo 1) seria excelente como desplastificante, além de corrigir problemas de retração de queima excessivo e clarear a cor de queima dos corpos de prova.
Grupo 3:
• As amostras aditivadas com o granito GI-1 (amostras MGI1 -5 pertencente ao Grupo 2 e MGI1 -10 pertencente ao Grupo 3) do Complexo Granítico Itu, apresentaram bons valores de ensaios físicos cerâmicos. Isso ocorreu pelo fato do granito GI-1 possuir altos teores de fundentes (uma predominância de feldspato sódico na forma de albita/oligoclásio sobre o feldspato potássico na forma de microclínio), além de um teor de sílica livre adequado, que ajudou na estruturação do produto cerâmico final. A sílica livre e a presença de feldspatos contribuíram também para conter os valores de retração de queima e clarear a cor dos corpos de prova queimados. A utilização desse aditivo seria adequada para argilas muito refratárias.
• As amostras aditivadas com o granito GSR-1 do Complexo São Roque (amostras MGSR-5 e MGSR-10, ambas pertencentes ao Grupo 3) também apresentaram bons resultados nos ensaios físicos cerâmicos em relação à massa básica M4, pois também possuem valores elevados de fundentes (feldspato sódico predominando sobre o feldspato potássico na sua composição mineralógica). Porém, seus valores ficaram um pouco mais baixos que os atingidos pelas amostras aditivadas com o granito GI-1 (MGI1-5, MGI1-10). Isso pode ser atribuído ao teor mais elevado de máficos presente nos granitos do Complexo São Roque. Mesmo assim este material pode ser utilizado em massas cerâmicas muito plásticas ou refratárias.
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Grupo 4:
• Duas amostras do granito GI-2 do Complexo Itu mostraram resultados não tão bons (amostras MGI2 -10 e MGI2-15), mas ainda melhores que os obtidos pela massa básica M4. Isto ocorreu principalmente pelo fato de, no granito GI- 2, o feldspato predominante ser o potássico (microclínio) e não o sódico. Outro fator importante que contribuiu na queda de valores das propriedades físicas foi a granulometria grosseira do granito GI-2 de textura rapakivi, que gerou uma distribuição granulométrica de prensagem mais grosseira. Para resolver esse problema seria necessário um tempo de moagem maior. Esse material seria adequado para ser utilizado como fundente em massas cerâmicas refratárias com uma granulometria excessivamente fina, além de ser ideal para corrigir problemas de índice de retração de queima elevado e clareamento da cor de queima dos corpos de prova. Observou-se que a amostra com adição de 5% de GI-2 se classificou no Grupo 3 (MGI2 -5), acima deste valor os efeitos foram mais marcantes (sendo que as outras amostras decaíram para o Grupo 4).
Outras observações importantes:
• Todos os aditivos adicionados à massa básica (M4) geraram um melhor desempenho quanto às propriedades cerâmicas em relação à amostra UNICER, tomada como massa padrão utilizada pelas empresas da região.
• Os estudos realizados neste trabalho comprovaram que todos os aditivos selecionados podem ser utilizados e incorporados às massas para revestimentos cerâmicos desde que alguns cuidados sejam tomados:
1) durante a coleta no campo sempre procurar fácies desses aditivos com teores menores de micas e opacos;
2) procurar sempre nas minas por materiais com granulometria mais fina ou rejeitos de moagem (como finos de pedreira), pois reduzem os custos de moagem, além de reaproveitar materiais que são jogados foram e que contribuem para poluir o meio ambiente;
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3) no processo de moagem deixar sempre as massas aditivadas com uma granulometria bem fina para maior reatividade e sinterização no forno;
4) a maioria das massas com uma incorporação de 5% de aditivos (queimados a 1120°C) já apresentavam bons resultados cerâmicos, com exceção do diabásio e gnaisse que com 10% apresentaram bons resultados (devido aos seus teores elevados em fundentes) e a 15% se fundiram. Para essas duas massas aditivadas o ideal seria reduzir a temperatura do ciclo de queima, o que seria viável, pois geraria queda nos custos do processo cerâmico.
• A amostra pura de siltito argiloso da Formação Tatuí (Tt) não é adequada para ser utilizada como massa básica para revestimentos cerâmicos, pois apresentou resultados de propriedades físico-cerâmicas insatisfatórios (em relação à massa básica M4). Isto pode ser explicado pelo fato desse material ser muito poroso, devido provavelmente aos altos teores de quartzo, refratário e de possuir uma granulometria grossa (sendo necessário um tempo de moagem maior). Devido aos seus baixos teores de argilominerais expansivos a retração de queima apresentou valores muito baixos, o que pode gerar problemas durante o processo industrial, ao contrário de seu comportamento como aditivo (amostras MTt-1, MTt-2 e MTt-3).
Esse material (argilas da Formação Tatuí) vem sendo utilizado como massa básica na região de Tatuí (SP) para tijolos e telhas onde os ciclos de queima são longos, apesar da temperatura ser mais baixa.
• As amostras com uma distribuição granulométrica de prensagem mais grossa (Tt e as amostras aditivadas com o granito GI-2) apresentaram um desempenho mais modesto nos ensaios cerâmicos, sendo esse problema resolvido aumentando o tempo de moagem, tornando o material mais reativo, gerando uma melhor sinterização no forno.
• Segundo a Norma Técnica NBR 13817 (1997) da ABNT os produtos fabricados com as argilas da Jazida Sartori e amostra Tt, queimados em forno de laboratório, são classificadas quanto à absorção de água em função dos métodos de fabricação entre os Grupos:
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2) BIb: amostras M2, M3 e MDB-1, MGN-1, MQZ-1, MQZ-2, MQZ-3, MTt-2 e MTt-3; 3) BIIa: amostras S2, SL, M1, M4, MF1, MGI1-5, MGI1-10, MGI1-15, MGI2-5, MGI2-
10, MGSR-5 e MGSR-10;
4) BIIb: amostras S1, MF2, MF3, MGI2-15, e MGSR-15; 5) BIII: amostra Tt.
• Em geral, comparando-se os resultados entre os corpos de prova de dimensões 7x2 cm sinterizados em laboratório com os de mesmas dimensões queimados no forno industrial a 1138°C percebe-se que os corpos sinterizados na fábrica (MGN-Ip) apresentaram resultados de propriedades cerâmicas um pouco mais baixos que os do laboratório (MGN-1). Isto se deve ao fato destas amostras terem sido queimadas no forno industrial sobre uma placa refratária (para impedir que estas caíssem entre os rolos da esteira) inibindo a sinterização dos corpos de prova, gerando uma queda nas propriedades cerâmicas (ciclo de queima de 29 minutos).
• Comparando-se as propriedades cerâmicas entre os corpos de prova de 7x2 e 15X7 cm, todos queimados em forno industrial (sobre uma placa refratária) a 1138°C, notou-se que os corpos de prova pequenos de 7x2 cm (MDB-Ip e MGN-
Ip) apresentaram resultados melhores que os de 15x7 cm (MDB-Ig e MGN-Ig).
Isto pode ser explicado pelo fato de que nos corpos 7x2 cm devido as suas dimensões menores o calor do forno foi distribuído de forma mais homogênea que nos corpos maiores.
• Segundo a Norma Técnica NBR 13817 (1997) da ABNT os produtos cerâmicos aditivados, queimados em forno industrial a 1138°C, são classificadas entre os Grupos BIIa (MDB-Ip, MGN-Ip) e BIIb (amostras MDB-Ig e MGN-Ig).
• Os valores obtidos pelas amostras aditivadas queimadas em forno industrial a 1171°C (MTD-1p, MTD-1g, MTD-2p, MTD-2g, MTD-3p e MTD-3g) foram considerados insatisfatórios para serem utilizados como revestimentos cerâmicos, pois se encontram abaixo ou muito acima dos limites utilizados pelas empresas cerâmicas da região, isso provavelmente ocorreu porque a massa
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base utilizada (amostra Tt) não é adequada para ser utilizada como revestimento cerâmico comum.
• Os corpos de prova de 7x2 cm (MTD-1p e MTD-3p) apresentaram resultados melhores que os de 15x7 cm (MTD-1g e MTD-3g) sendo explicado pelo fato dos corpos de dimensões menores apresentaram uma melhor distribuição do calor, gerando uma melhor sinterização.
• De acordo com os resultados obtidos, todas as amostras aditivadas queimadas em forno industrial a 1171°C (MTD-1p, MTD-1g, MTD-2p, MTD-2g, MTD-3p e
MTD-3g), quanto ao índice de absorção de água, podem ser classificadas como
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11 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas (1997):
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