Com o passar dos anos e o aumento da produção de cerâmicas, as indústrias têm se deparado com a necessidade de adotar projetos que levem cada vez mais em conta dois fatores: (1) uma visão ecológica, com composições de porcelanato que atendam normas internacionais de proteção ao meio ambiente (MELO et al., 2009); e (2) a escassez das reservas de minério, além da distância entre os locais de obtenção e uso de tais minérios, que causam forte influência nos custos do produto final (LUZ; RIBEIRO, 2007) (DONDI, 2018).
Nesse contexto, muitos esforços têm sido feitos para substituir os materiais que usualmente compõe a massa-base das cerâmicas sem que haja quaisquer mudanças, quer no processo, quer na qualidade final dos produtos, uma vez que há uma forte dependência entre as características das matérias-primas, da relação entre as quantidades de argila e feldspato, que são os ingredientes principais da composição, com diferenças importantes nas transformações físico-químicas e nas propriedades mecânicas do produto final (MATEUCCI; DONDI; GUARINI, 2002) (BARBA et al., 2002).
A possibilidade de incorporar materiais residuais como uma substituição parcial de matérias-primas pode contribuir para alcançar objetivos econômicos, como a diminuição de gastos com extração e transporte, mas também objetivos ambientais, como a atenuação da exploração de novas áreas de minério e o aproveitamento de materiais que seriam descartados (NOVAIS; SEABRA; LABRINCHA, 2015). Atualmente, a indústria ceramista tem se mostrado bastante flexível no que concerne ao reuso de rejeitos oriundos de outros setores industriais, demonstrando um grande potencial para gestão de resíduos sólidos (ANDREOLA et al., 2016).
Uma composição típica de porcelanato consiste de 30-40% de argila, 10-15% de quartzo e 40-50% de feldspato (porcentagens em peso). Como exemplo, o
feldspato é uma matéria-prima de alto custo e a substituição representaria uma redução significativa nos custos de produção do produto. Apesar de ser um material de uso comum, os recursos de minerais feldspáticos de alta qualidade começaram a se tornar escassos (DANA; DAS, 2004) (TANNER, 2015).
Dana, Das e Das (2004) averiguaram a incorporação de cinzas obtidas na queima de combustíveis em termoelétricas (fly ashes) como substitutos do quartzo (na proporção de 5, 10 e 15% em peso) nos porcelanatos convencionais. Os resultados mostram que os exemplares contendo cinzas atingiram densidades mais altas que o normal em toda a faixa de temperatura de queima. O comportamento mecânico, avaliado pela resistência à flexão, obteve valores máximos na amostra contendo 15% em peso de cinzas.
Tucci et al. (2004) avaliaram a possibilidade da utilização de restos de vidro provenientes de frascos de bebidas (na proporção de 5-20% em massa) como substituto do feldspato da massa de porcelanato. A resposta do estudo para 10% foi satisfatória, resultando em um produto com características mecânicas não apenas dentro da norma, mas superiores às do porcelanato convencional. Nessa mesma linha, Luz e Ribeiro (2007) estudaram os efeitos da substituição parcial da matéria- prima convencional da massa de porcelanato pelo resíduo de vidro arquitetônico e concluíram que, para pequenas quantidades do pó de vidro, o produto final mostrava boas propriedades mecânicas e tecnológicas, sendo possível, pelas normas, classificá-lo como porcelanato.
Guzmán et al. (2015) estudaram a possibilidade de usar cinzas de palha de arroz no porcelanato. Os resultados mostraram que adições de até 12,5% de cinzas em substituição do feldspato proveram produtos que não ocasionaram mudanças marcantes no comportamento do processamento, além de obter uma microestrutura e as fases mineralógicas típicas de porcelanato.
Durante o processo de polimento são removidos em média de 0,5-1,5mm, que chegam a representar 10% da espessura total da placa, da superfície das peças de porcelanato, resultando em uma grande quantidade de resíduos de polimento (PTW, do inglês – Polished Tile Waste). No entanto, trabalhos recentes tem demonstrado que uma remoção entre 1 e 3% seriam suficientes para eliminar os defeitos superficiais do porcelanato (SOARES FILHO et a., 2018). De maneira geral, esses
resíduos são coletados e filtro-prensados para remover a maior parte da água, restando apenas uma lama que é depositada em aterros. Essa deposição não apenas ocupa espaço, mas desperdiça uma fonte de minérios: o PTW é rico em quartzo e alumina, materiais semelhantes aos que são usados na produção de cerâmica e carbeto de silício.
Ke et al. (2016) estudaram a aplicação do PTW como matéria-prima principal na substituição das areias feldspáticas e obtiveram resultados positivos na troca de até 50% do material original, com um produto final dentro das especificações técnicas da norma ISO 13006.
Segundo dados da Associação Nacional da Indústria Cerâmica (ANICER), o ramo de cerâmicas vermelhas no Brasil compõe-se de quase 7000 empresas que consomem mais de 10 milhões de toneladas/mês de argila. No entanto, em diversas regiões, ainda há empresas de pequeno e médio porte que dispõe de técnicas produtivas antigas e com baixa eficiência, resultando em produtos cerâmicos de pouca qualidade e sem competitividade (PRADO; BEDOYA; MERCURY, 2016). Esses produtos, que quando somados àqueles que são danificados no manuseio, são estimados em cerca de 10-20% da produção, que acabam se tornando rejeitos e ocupam espaço dentro das indústrias ceramistas (figura 33) ou acumulam-se em sítios ao longo das estradas e próximos às empresas, como mostrado na figura 34. (SANTOS, 2015),
Figura 33 – Tijolos e telhas fora da especificação ou quebrados por manuseio.
Figura 34 – Tijolos e telhas quebradas despejadas na estrada.
Fonte: Google Street View. Acesso em fevereiro de 2019.
A incorporação desse resíduo como substituto de matérias-primas se deu principalmente no âmbito dos materiais estruturais. Gouveia e Sposto (2009) avaliaram a incorporação de chamote em massas cerâmicas e o resultado dessa adição nas propriedades físico-mecânicas de blocos, concluindo que houve uma diminuição na retração linear de secagem e de queima e, para 10% de adição em massa do chamote, a resistência mecânica mostrou-se significativamente maior do que nos blocos convencionais. Resultados semelhantes foram obtidos por Oliveira et al. (2016) também para produção de blocos, resultando na viabilidade técnica de tal aplicação e, em alguns casos, na melhora das características tecnológicas do produto pronto, dando à indústria cerâmica uma solução para reduzir impactos ecológicos gerados pelo descarte de resíduos.
Prado, Bedoya e Mercury (2016) demonstraram resultados adequados nas propriedades mecânicas obtidos na inclusão de até 50% em peso de chamote em materiais de revestimento cerâmico, quando se deseja, de acordo com a norma NBR 13817, revestimentos classificados como porosos ou semi-porosos.
Como exemplos da aplicação do chamote em porcelanatos, Melo (2006) demonstrou que a inclusão na formulação de massas de porcelanato diminuiu a porosidade aparente do produto final, bem como, para determinadas porcentagens
(20 e 30%) de adição, a nova dosagem de materiais resultou em itens com resistência à flexão acima do estabelecido por normas internacionais. Melo et al. (2009) investigaram os efeitos da adição de chamote na microestrutura de misturas cerâmicas de porcelanato. A tabela 5 mostra as composições usadas no estudo. A formulação básica da massa, indicada como M1, é utilizada para a produção de porcelanatos. Já a massa M2, que contém maiores teores de argila e caulim e menores teores de feldspato e ausência de talco, em relação a M1, é usada tipicamente na fabricação de grês.
Tabela 5 – Misturas cerâmicas estudadas por Melo et al. (2009).
Fonte: Melo et al. (2009)
A partir das formulações da tabela 5, o estudo concluiu que a adição de chamote reduziu a absorção de água do produto final e, em todas as formulações avaliadas, as características da camada superficial do material foram melhoradas graças à maior formação da fase vítrea na etapa de sinterização do material. Na situação da massa M2 com adição de 30% de chamote, após a queima a 1250ºC, o produto formulado como grês, exibiu propriedades de absorção de água que seriam esperadas apenas em porcelanatos, segundo a NBR 13817.
No trabalho de Soares Filho et al. (2018), o autor avaliou a viabilidade técnica do uso de diversos resíduos minero-industriais na formulação de porcelanatos ecológicos. Um dos rejeitos abordados foi o chamote nas proporções de 5, 10 e 15% em massa de substituição. O estudo do autor abordou, além da absorção de água, a resistência à flexão das amostras, concluindo que, para 10 e 15%, o chamote pode ser usado como substituto efetivo da matéria-prima convencional de porcelanatos.