CARACTERIZAÇÃO DE PÓ DE ARDÓSIA PROVENIENTE DE REJEITOS QUANTO A CRISTALINIDADE E COMPORTAMENTO TÉRMICO

CARACTERIZAÇÃO DE PÓ DE ARDÓSIA PROVENIENTE DE REJEITOS QUANTO A CRISTALINIDADE E COMPORTAMENTO TÉRMICO

Souza, L. P. de F.; Mansur, H. S.

Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais Universidade Federal de Minas Gerais

Rua Espirito Santo, 35/206 – 30160-030 – Belo Horizonte – MG – Brasil hmansur@demet.ufmg.br

ABSTRACT

In the recent years, waste utilization and recycling of materials have drawn the attention from all different areas including industries, technology centers and universities. One important step on the waste processing and recycling approach is the proper characterization of the material. In the present work we have carried out the characterization of slate waste powder, 63

mainly concerning to the thermal analysis, particle size distribution and crystallinity. The characterization included differential thermal analysis, thermogravimetry, differential scanning calorimetric and phase analysis by X-ray diffraction (XRD). This is a very complex and important work to evaluate the properties of slate powder and its utilization in ceramic processing technologies.

KEY WORDS: slate powder, waste characterization and minerals recycling. RESUMO

Nos últimos anos, o aproveitamento de resíduos e reciclagem de materiais tem recebido atenção especial de diferentes áreas incluindo tanto indústrias como centros de pesquisa. A caracterização do material é um importante passo utilização ou reaproveitamento de resíduos em processos já existentes ou em novas tecnologias. No presente trabalho foi realizada a caracterização de rejeitos de pó de ardósia em relação ao comportamento térmico, distribuição do tamanho de partículas e cristalinidade, com o objetivo de avaliar as propriedades do pó de ardósia para sua utilização em processamento cerâmicos.

PALAVRAS CHAVES: ardósia, caracterização de rejeitos, reciclagem de minerais.

INTRODUÇÃO

Nos últimos anos o consumo de bens minerais pela humanidade vêm aumentando gradualmente, levando as indústrias a aumentarem suas atividades de mineração.

A extração mineral tem alto potencial impactante sobre o meio ambiente e o desperdício e aproveitamento ineficiente dos recursos minerais, devido ao uso de tecnologias inadequadas de aproveitamento geram rejeitos que poderiam ser reaproveitados para a fabricação de novos materiais alternativos ou para o desenvolvimento de novas tecnologias de aproveitamento, considerando o conceito de sustentabilidade ambiental.

O Brasil apresenta um potencial mineral considerável devido a sua extensão territorial e por isso, grande diversidade geológica. É um detentor das reservas de ardósia mundiais, sendo que nas etapas de extração e corte, são gerados finos que nem sempre são reaproveitados, causando poluição do ar, água, solo e visual nas regiões onde a ardósia é extraída.

As indústrias que beneficiam estas rochas tem como principal atividade a serragem e o polimento para produção de rochas ornamentais, que são geralmente utilizadas na indústria da construção civil.

O sistema de extração de blocos de rochas para produção de chapas, gera uma quantidade significativa de resíduos na forma de lama composto basicamente de água, lubrificantes e rocha moída. Esse rejeito sem aproveitamento, acumula-se nos pátios, reservatórios e córregos, comprometendo o meio ambiente.

Nos últimos anos, os mais diversos setores industriais vem sendo citados como fontes de contaminação e/ou poluição do meio ambiente, devido à enorme quantidade de rejeitos gerados e freqüentemente lançados diretamente nos ecossistemas, sem um processo de tratamento para eliminar ou reduzir os constituintes presentes. Um dos pontos cruciais para os produtores de rochas ornamentais reside na forma de como melhor aproveitar estes resíduos provenientes do processo de industrialização [1].

A produção de materiais alternativos tendo como constituintes os resíduos gerados nas indústrias de transformação de rochas, poderá diminuir ou eliminar a poluição nas áreas de extração, além de promover o aparecimento de novas oportunidades de trabalhos e renda imprescindíveis ao processo e desenvolvimento do país.

Na tentativa de minimizar os impactos causados pelos rejeitos de ardósia gerados, os trabalhos desenvolvidos com a rocha visam a sua utilização, isoladamente ou em conjunto com outros materiais, em processamento cerâmico. Sendo assim, torna-se imprescindível a caracterização do material para avaliação do processamento a ser utilizado, e no caso de rejeitos, para identificação de impurezas presentes no pó.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A ardósia é uma rocha metamórfica constituída de material extremamente fino, semelhante aos constituintes de argilas. A rocha ardósia apresenta um baixo grau de metamorfismo, sendo formada por longas placas ao longo de sua superfície planar. Essa característica é conhecida como clivagem ardosiana e resulta da recristalização sobre pressão [2].

Macroscopicamente classifica-se como uma rocha dura, inerte, com tonalidade variada do cinza escuro ao preto, as vezes podendo ser verde, amarela, castanha e vermelha, com granulação fina e com a propriedade notável de clivagem em lâminas delgadas ou folhelhos[2].

Na sua constituição encontra-se argilas, folhelhos, cinzas vulcânicas e outras rochas de granulação fina. Revela a presença de várias classes de minerais, principalmente quartzo, mica, clorita, óxido de titânio e outros. É uma rocha de ocorrência relativamente comum, encontrada nas áreas onde os folhelhos foram submetidas a aquecimento e pressão durante a formação de montanhas[2].

É uma das matérias-primas mais utilizadas no setor de construção civil como material de revestimento, adorno, recobrimento, pisos e decoração, devido a suas características físicas e sua clivagem. Sua exploração é baseada na lavra de folhelhos, geralmente seguida de fases de corte e acabamento.

Devido a sua composição ser formada basicamente de silicatos de alumínio que constituem grande parte de utensílios cerâmicos, a ardósia pode vir a ser um material alternativo para indústricas cerâmicas em substituição aos convencionais, principalmente porque o Brasil e Minas Gerais são detentores de grande parte das reservas mundiais de ardósia.

Dentre os processamentos cerâmicos convencionais, como prensagem, colagem, etc, onde o pó de ardósia pode ser empregado, o processo de colagem ocupa lugar de destaque pois é caracterizado pelo baixo custo e alta qualidade dos produtos obtidos [3] e pode ser utilizado para produção de peças de formato variado em escala de laboratório e industrial.

MATERIAIS E MÉTODOS

O pó de ardósia utilizado nos experimentos foi proveniente dos resíduos gerados da extração e corte da rocha nas Minas de Pompéu - MG, situada às margens do Rio Paraopeba. O pó de ardósia utilizado foi previamente tratado antes da caracterização visando a retirada de impurezas, como rejeitos e contaminações. As etapas deste tratamento foram: preparação de uma suspensão do pó em água; peneiramento à úmido na peneira de 400#; decantação 24 horas; sinfonamento (Retirada da água); e secagem em estufa na temperatura 120 oC, durante 24 horas.

A caracterização do pó incluiu análises térmicas para avaliar a variação das propriedades do pó em função do aumento de temperatura. Dentre as diferentes técnicas de análises térmicas foram utilizadas: análise termogravimétrica (TGA), análise térmica diferencial (DTA) e análise calorimétrica diferencial (DSC) realizadas em sistema de análise térmica Shimadzu, modelo TA – 50 WSI que consta de analisador termogravimétrico modelo TG-50, célula de calorimetria diferencial modelo DSC-50 e célula de análise térmica diferencial modelo DTA-50. Na identificação dos constituintes e cristalinidade do pó, foram realizados testes de difração de raios X (XRD) em um difratômetro a laser Philips, modelo PW1710; e para a distribuição do tamanho de partículas foi utilizado um granulômetro a laser Cilas, modelo 1064.

Nos diversos equipamentos de caracterização do pó foram utilizadas amostras do pó preparado e pedaços da rocha ardósia proveniente da mesma lavra visando um conhecimento prévio das características do pó, para sua aplicação em processamento cerâmico.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A figura 1 mostra um gráfico típico de análise térmica para o pó de ardósia onde pode-se identificar os principais picos referentes as reações que ocorrem na rocha durante o aquecimento na faixa de temperatura de 25 à 1100oC: pico (A), exotérmico a temperatura de 570oC devido a dehidroxilação dos constituintes moscovita e clinocloro e pico (B), endotérmico a 880oC devido a destruição da estrutura cristalina da moscovita[4].

Segundo Thorez, 1976, a decomposição da clorita ocorre entre 500 e 550oC, desaparecendo os picos principais. De acordo com Correa e Nunes, 1989, na temperatura aproximada de 900oC ocorre a destruição do retículo cristalino das moscovitas. Os valores obtidos nas análises indicam que realmente ocorre a decomposição do clinocloro, mineral pertencente a classe das cloritas, em temperaturas próximas as encontradas por Thorez. A decomposição da moscovita 3T presente na ardósia ocorre também em temperaturas semelhantes as encontradas por [6]. Portanto, ambos foram confirmados nos testes de difração de raios-X como pode ser observado na figura 2. As curvas de TGA mostram uma perda de massa associada a aos picos das reações identificadas.

A figura 2 mostra um típico difratograma para o pó estudado. Através da análise do difratograma obtido foram identificados os seguintes minerais: (Q) Quartzo – SiO2, (C)

Clinocloro, (M) Moscovita, (A) Albita e (O) Ortoclásio.

A moscovita identificada é um hidróxido silicato potássico alumínico pertencente a classe das micas; o clinocloro é um hidróxido silicato de magnésio, ferro e alumínio, pertencente ao grupo das cloritas, responsável pela cor verde de xistos e ardósias; e a albita e o ortoclásio que são silicatos pertencentes a série dos feldspatos plagioclásios.

Esses resultados confirmam a presença dos principais minerais presentes na ardósia de acordo com a literatura [4,5].

Testes de referência feitos com pedaços da rocha retirada da mesma lavra onde são gerados os rejeitos, mostram os mesmos constituintes encontrados para o pó na difração de raios X e mesmas reações sofridas durante aquecimento na análise térmica, dando indícios que o mesmo é constituído apenas por ardósia.

A figura 3 mostra a distribuição granulométrica do pó. A análise revela que as partículas são em sua maioria micrométricas e com tamanho variável entre 1 e 10µm. Aproximadamente 80% das partículas presentes são menores que 10 µm. Esse tamanho de partícula é favorável para utilização do pó em processamento cerâmico que requer tamanhos menores, facilitando o processo de tratamento térmico.

Figura 1: Análise Térmica do pó de ardósia (1) análise calorimétrica diferencial (2) análise térmica diferencial e (3) análise termogravimétrica. DTA: UR= 4 µV; DSC: UR= 0,03 mW/m e TGA: UR= 0,4%. 0 5 10 15 20 25 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Temperatura (o_C) Unidade de referênci a (1) (3) (2) (B) (A) Temperatura (oC) Uni dade de ref erên ci a (UR )

Figura 2: Típico difratograma do pó de ardósia; Albita (A), Quartzo (Q), Moscovita (M), Clinocloro (C) and Ortoclasio (O).

Figura 3: Distribuição do Tamanho de Partículas

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CONCLUSÃO

A caracterização quanto a cristalografia e comportamento térmico do pó de ardósia permitiu a identificação dos constituintes da rocha ardósia e das reações sofridas pela rocha durante o aquecimento.

Os principais constituintes identificados através da técnica de difração de raios-X foram: quartzo, clinocloro, moscovita, albita e ortoclásio.

Foram observadas durante o tratamento térmico reações de grande importância associadas ao clinocloro e a moscovita. Nas faixas de temperatura entre 500oC e 600oC esse constituintes perdem a camada de [OH-] presente em suas estruturas, por volta de 900oC e 1000oC ocorre a destruição de seus retículos cristalinos. Observou-se também que o amolecimento da rocha acontece próximo a temperatura de 1000oC o que limita a utilização de peças produzidas como utensílios de laboratório para temperaturas mais altas.

A análise granulométrica do pó de ardósia permitiu identificar que grande concentração de partículas está dentro da faixa de tamanho de 1 a 10 µm, o que é um fator positivo para sua utilização em processamento cerâmico.

Através das análises realizadas para caracterização do pó proveniente de rejeitos, conclui-se que o pó apresenta apenas ardósia sem impurezas, e pode ser aplicado em processamento cerâmicos para produção de peças para decoração, utensílios de cozinha e de laboratório, observando-se as limitações de temperatura, já que a ardósia funde em temperaturas mais baixas que as de cerâmicas convencionais como sílica e alumina.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]. [TYRRELL-98] TYRRELL, G.W. www.geologyone.com. 07/1998.

[2]. DANA, J.D. – Mineralogy Handbook. Revised by Cornelius S. Hurlburt, translated by: Rui Ribeiro Franco. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1978.

[3]. MORENO, R. The role of Slip Additives in Tape Casting Technology: Part I: Solvents and Dispersants. American Ceramic Society Bulletin, 71(10):1521-1530, 1992.

[4]. FRIPIAT, J. J. and OLPHEN, H.V. – Data handbook for clay materials and other non-metallic minerals, Pergamon Press, 1979.

[5]. Powder Diffraction File. International Center for Diffraction Data (ICDD). Pennsylvania, USA, 1994.

[6] CORREA , W. L. P. ; NUNES, J.J. Curso sobre análises térmicas. Associação Brasileira de Cerâmica, 1989.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao técnico Wesller Germano Schimidt pelos ensaios de análise granulométrica no Laboratório de Materiais Cerâmicos, ao técnico Roberto Couceiro Lois pelos ensaios de Difração de Raios X, ao Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais e a CAPES pelo suporte financeiro.