REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A CERÂMICA

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REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A CERÂMICA

(B. C. Barbosa); (B. J. P. M. Benassi); (I. C. Rosa); (I. Guedes); (J. D. Miguel); (L. S. Oliveira); (M. P. Simonetti); (N. M. Martins); (C. D. Roveri)

Universidade Federal de Alfenas – MG

São José do Rio Pardo/SP 13720000 Rua Major Joaquim Goncalves 71 Vila Pereira Mariana Petrocelli Simonetti marisgaina@yahoo.com.br

Resumo

O proposito deste trabalho foi analisar a potencialidade do uso do rejeito da extração de sienito como aditivo a massa padrão para fabricação de revestimentos cerâmicos, para diminuição dos impactos ambientais. Para isso, coletaram-se amostras e confeccionou corpos de prova de diferentes composições, envolvendo rejeito e argila. Preparou-se 5 misturas diferentes; Mistura I (100% pó de rocha); Mistura II (100% argila); Mistura III (25% pó de rocha e 75% argila); Mistura IV (50% pó de rocha e 50% argila); e Mistura V (75% pó de rocha e 25% argila), onde 105 corpos foram confeccionados. Foi realizada a queima a 1000, 1080 e 1100 °C, e determinou-se a porosidade e densidade aparente, absorção de água, medidas de retração linear, perda de fogo, curvas de gresificação, e análise do aspecto visual. A adição de rejeito promoveu alta porosidade e baixa retração linear de queima, que se associa diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade. Palavras-chave: Reutilização. Rejeito. Sienito. Cerâmica. Testes cerâmicos.

Introdução

A mineração é um dos principais fornecedores de matéria-prima para os diversos setores existentes, o qual a torna um dos principais setores da economia de

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica 15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

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um país. Ela gera impactos ambientais na extração do minério, como também pela quantidade de gerados, causando impacto visual, em caso de minas a céu aberto, e podendo provocar danos na fauna e flora local. Nas mineradoras esta geração é bastante considerável, chegando ao aproveitamento de 2% de todo o volume extraído, contudo em algumas empresas os rejeitos não são reaproveitados, o que poderia prover para diminuição dos custos finais, resultando em novas matérias-primas e produtos.

A região de Caldas, localizada no sul de Minas Gerais, possui grande potencial minerador, sendo um dos bens minerais aqui encontrados o sienito, proveniente do afloramento do Maciço Sienítico Pedra Branca.

No processo de extração da rocha há apenas 20% de aproveitamento segundo representante da empresa responsável pela mina, o que ocorre, principalmente, devido presença de rachaduras na rocha, o que impossibilita a sua comercialização.

Materiais e Métodos

Foi realizada uma visita à pedreira Café Imperial das companhias do GRUPO TOGNI, localizada no Estado de Minas Gerais, 500 km a sudoeste de Belo Horizonte, no Município de Caldas, com monitoramento e supervisão de um responsável da empresa, no dia 3 de junho de 2014, com intuito de coletar amostras.

Para cominuição da amostra de Sienito, foram utilizados dois britadores, ambos de mandíbulas, sendo o segundo de escala menor que o primeiro. Posteriormente, foi usado um moinho de bolas (por 60 minutos, visando diâmetro inferior a 0,25 mm), o qual possui revestimento de alumina por dentro e esmaltado de porcelanato por fora. A carga de corpos moedores utilizada foi de alumina (Al2O3)

de diferentes diâmetros, para não contaminar o material.

Para a distribuição granulométrica do material em análise (o rejeito de sienito), peneirou-se em 7 malhas, sendo da mais grossa para a mais fina, temos; ABNT #8, ABNT #10, ABNT #14, ABNT #28, ABNT #35, ABNT #45 e ABNT #60. Os aparelhos utilizados nessa etapa se encontram nos laboratórios da Universidade Federal de Alfenas-Campus Poços de Caldas.

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Para realização dos ensaios cerâmicos, utilizaram-se dois materiais base: pó de sienito e pó da argila da Formação Corumbataí, da região de Rio Claros-SP, que é uma argila fundente, matéria-prima utilizada pelas empresas do Polo Cerâmico de Santa Gertrudes. Ambos 100% passantes na ABNT #60.

Foram feitas 5 misturas, constituídas de pó de sienito e argila, em diferentes proporções (TABELA 1).

Tabela 1 - Constituição das amostras utilizadas nos ensaios cerâmicos.

Mistura Pó de rocha (% ) Argila (% )

I 100 0 II 0 100 III 25 75 IV 50 50 V 75 25 Fonte: autor.

As misturas foram umidificadas com 8% em peso de água e homogeneizadas. Posteriormente permaneceram por 24h em sacos plásticos vedados. Escolheu-se essas misturas para obtenção de informações preliminares sobre o comportamento cerâmico dos materiais, visando inúmeras aplicações.

Confeccionou-se 21 corpos de prova de cada mistura, por prensagem hidráulica (Prensa MARCON) em um molde de aço de seção retangular (7,00 x 2,00 cm2_),

utilizando pressão de 357 kgf/cm2_{. Posteriormente, foram submetidos à secagem em}

estufa com circulação e renovação de ar SOLOTEST 102/221 a 60 o_C.

Após a confecção aferiu-se a largura, comprimento, espessura dos corpos de prova (utilizando paquímetro Digital Digimed) e o peso de cada um (utilizando balança semi-analítica BIOLAB), a fim de se calcular a massa específica a seco a partir da equação:

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A queima foi realizada em um forno elétrico tipo mufla da marca JUNG, modelo 71201, 7 corpos para cada temperatura em 3 temperaturas distintas; 1000, 1080, 1100 o_C.

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Após a queima dos corpos realizou-se novas medições, como feito anteriormente, a fim de obter a massa específica aparente pós queima. Com os corpos sinterizados foi possível determinar, a perda de fogo e retração linear, dadas pelas equações:

Perda ao fogo (PF) = ; (B)

Retração linear de queima (RLQ) = ;

(C)

A perda ao fogo relaciona a quantidade de massa perdida pelo corpo de prova durante a queima. Essa massa representa perda de água absorvida e adsorvida, assim como exalação de gases.

A retração linear de queima é relacionada à redução percentual nas dimensões do corpo de prova, em virtude das perdas de água e gases. Fez-se também o ensaio de absorção de água, que é o quanto um corpo de prova absorve de água, quando exposto a ela, por períodos determinados. A absorção de água é proporcional à porosidade do corpo de prova. Esta propriedade é obtida a partir do seguinte cálculo:

. (D)

Através das massas dos corpos, aferidas antes e depois do ensaio, pode-se obter também a perda de água, partindo do cálculo:

. (E)

Foram feitas curvas de gresificação, que avaliam a sensibilidade das massas das misturas frente às variações de temperatura e condições de processamento, como: teor de umidade, pressão de compactação e variações no processo de secagem e queima. Essas curvas são compostas pela temperatura no eixo das abscissas, absorção de água e retração linear de queima no eixo das ordenadas.

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A Figura 1 demonstra os resultados obtidos através do ensaio de distribuição granulométrica da amostra após a cominuição.

Figura 1 - Distribuição granulométrica via peneiramento da amostra sienítica após a cominuição.

Fonte: autor

O diâmetro das partículas foi inferior a 2,5 mm, o qual era o esperado segundo a norma 13818, com diâmetro médio de 0,035cm.

Os corpos de prova da mistura II foram utilizados como padrão, já que estes possuíam apenas argila em sua composição (e esta argila já possui comportamento conhecido).

Os corpos de prova a seco apresentaram dimensões médias iguais para todas as misturas, sendo as médias de comprimento de 7,04 cm, largura 2,012 cm, espessura de 0,7 cm e massa de 18,7 g (a confecção dos corpos foi feitas pela mesma pessoa).

Em relação à cor, as misturas com maior quantidade de pó de rocha

apresentaram coloração acinzentada, enquanto que as constituídas

2230 Resultados e Discussão

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Figura 2 – Corpos de prova de mesma mistura antes da queima (a seco) e depois da queima. Na sequencia temos da esquerda para a direita; sendo o primeiro corpo, à seco; o segundo após a queima de 1000°C; o terceiro após a queima de 1080°C e o ultimo após a queima de 1100°C. As misturas estão separadas por: (a) MI (b) MII (c) MIII (d) MIV (e) MV.

Fonte : Autor

Nas misturas com maior quantidade de pó de rocha tem-se uma pior compactação, em função do crescente teor de não plásticos (sienito) na composição. Devido a esse fato foi utilizado um ligante orgânico CMS (carboximetilcelulose) na confecção dos corpos de prova.

Após a queima, corpos das misturas com maior quantidade de pó de rocha apresentaram menor variação de dimensão, ou seja, menor retração. Quanto à cor, houve apenas a intensificação.

Foi observada uma variação nas dimensões, sendo a Mistura II (100% argila) a que sofreu maior variação.

Os resultados obtidos através dos ensaios cerâmicos, para os cinco tipos de misturas, sinterizados a 1000°C, 1080°C e 1100°C estão expressos nas Figuras 3, 4, 5, 6 e 7.

Figura 3- Densidade Pós-Queima Figura 4- Retração Linear de Queima

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Figura 5 – Perda ao fogo (PF) Figura 6 – Absorção de água

Figura 7 – Porosidade Aparente

Fonte: autor.

Obteve-se uma densidade aparente a seco constante para todas as misturas, de 1,88±0,03 g/cm³. Isso ocorreu devido ao fato de que as dimensões dos corpos a seco apresentaram médias iguais.

Após a queima, para os corpos com a presença do sienito observou-se que os valores de densidade diminuíram (comparados às respectivas densidades a seco), já para as misturas com maior teor de argila, aumentaram, em função de sua maior plasticidade e apresentaram melhor compactação, ou seja, durante a queima houve maior diminuição dos poros, assim obteve-se maior massa em menor volume.

Em relação aos corpos com maior quantidade de sienito, pode-se observar um decréscimo nos valores de densidade, isso por que os testes foram realizados

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com baixas temperaturas, assim o sienito não reagiu. Então para que a adição do pó de rocha trouxesse um incremento na densidade seriam necessárias maiores temperaturas de queima. A pior compactação do sienito é devido ao crescente teor de não plásticos.

Considerando as temperaturas de queima utilizadas e as densidades obtidas após a queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento da temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da porosidade na microestrutura.

Quanto à RLQ, observou que em uma mesma temperatura, há incremento nos valores quando há a adição de sienito à argila plástica. De forma geral, a RLQ aumenta com o aumento da temperatura, pois na queima as partículas tendem a se aproximar, diminuindo as dimensões dos corpos de prova.

As misturas com maior porcentagem de argila apresentaram retração maior, já as com maior porcentagem de sienito em sua composição apresentaram retração menor, porém a Mistura M1 que é constituída apenas de sienito apresentou um aumento da retração com o aumento da temperatura de queima. Portanto, espera-se que com temperaturas mais altas, o sienito traga um aumento da RLQ.

Nas temperaturas testadas, o sienito agiu como estabilizador, isso pode ser devido a contaminações na rocha com o Ferro. O que não foi possível identificar por falta de estrutura física.

Ao considerar a PF observou valores semelhantes nas misturas I, IV e V, sendo estes maiores do que os valores obtidos para as misturas II e III, as quai s possuem menor teor de sienito (não plástico), o que causa uma compactação não muito boa e maiores poros, assim, com a queima é facilitado à saída de água, matéria orgânica e fases gasosas dos corpos de prova. Observou-se comportamento diferente apenas na mistura III, porém as diferenças se devem a erros instrumentais.

Com o aumento da temperatura de queima, espera-se que a perda ao fogo se estabilize, pois já terá ocorrido a eliminação de toda água, matéria orgânica e gases. Considerando as temperaturas de queima e as densidades obtidas após a queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento da temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da porosidade na microestrutura. Ao observar a Figura 6 pôde-se ver que com o aumento da temperatura de sinterização os corpos apresentaram menor absorção

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de água como era esperado, já que quanto maior a temperatura de queima, menor é a quantidade de poros.

Comparando os resultados obtidos para as diferentes misturas, observou-se que a presença do sienito leva ao aumento da absorção de água pelo material, pois promove a aglomeração com porosidade intragrãos maior.

A porosidade aparente apresentou resultados condizentes aos obtidos para a absorção de água, também por conta dos poros maiores, os corpos de prova com maior quantidade de sienito apresentaram maior porosidade aparente.

Com o aumento da temperatura de queima, há diminuição dos poros, por isso a absorção de água e a porosidade aparente diminuem como ocorreu no gráfico.

Figura 8 - Curva de Gresificação dos corpos M1; M2; M3; M4 e M5 Fonte: autor.

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A curva de gresificação para os corpos M1 e M2, apresentou resultados próximos aos esperados, onde as curvas de retração linear da queima são crescentes e as curvas da absorção de água são decrescentes.

Nos corpos com mistura de argila podemos observar resultados de acordo com o esperado, nas misturas M3 e M4. Porém os corpos M5, não apresentaram comportamento de acordo com o esperado, o que pode ter ocorrido devido a erros experimentais ou pela utilização de baixas temperaturas.

Observou-se que em temperaturas próximas a 1100ºC se consegue, para todas as misturas, obter absorção de água mais baixa.

Os resultados em geral indicaram que a adição de rejeito de sienito promoveu uma alta porosidade e baixa retração linear de queima, o que está associado diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade na formulação.

Conclusão

Existe a possibilidade de aplicação do rejeito de sienito para a fabricação de um novo produto, no caso à cerâmica.

Pela realização dos ensaios observou-se que a adição do rejeito de sienito promove modificações físicas na argila padrão. Essa adição, de maneira geral, é viável à massa cerâmica, uma vez que promove o incremento de propriedades, sem prejuízos. A adição do rejeito, promove um acréscimo na absorção de água (e assim, um decréscimo na retração linear de queima) dos corpos de prova (em especial a composição M5). Porém, esse aumento pode ser positivo, relacionando essa propriedade ao controle dimensional das peças. Visualmente, as peças apresentam um aspecto pontuado, que pode ser minimizado pela melhor homogeneização do sienito à massa, inclusive com modificações em sua granulometria.

Para a finalização dos ensaios cerâmicos e atendimento às normas é necessário à caracterização das propriedades mecânicas (podendo tirar a tensão de ruptura e o modulo de young). Porém este ensaio não foi realizado devido à necessidade de equipamento específico, o qual a UNIFAL-MG não possui.

Novos estudos podem ser realizados, fazendo a caracterização dos ensaios mecânicos, o levantamento de custos para a implantação deste tipo de reúso, assim como o cálculo de quanto rejeito seria utilizado, em quanto tempo.

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REUSE OF THE SYENITE REJECT AS RAW MATERIALS FOR CERAMICS

Abstract

The purpose of this study was to analyze the potential of using the waste of syenite extraction as an additive to standard mass for the manufacture of ceramic tiles, to reduce environmental impacts. For this, collected samples were concocted and specimens of different compositions involving tailings and clay. It was prepared in 5 different mixtures; Mixture I (100% Rock powder); Mixture II (100% clay); Mixture III (25% Rock powder and 75% clay); Mixture IV (50% Rock powder and 50% clay); Mix and V (75% powder of rock and 25% clay), where 105 proof bodies were made. Firing was conducted at 1000, 1080 and 1100 ° C, and determined the porosity and bulk density, water absorption, linear contraction measures loss of fire, vitrification curves and analysis of the visual appearance. The addition of waste promoted high porosity and low linear firing shrinkage, which is directly associated with the increase of low moldability material content.

Keywords: Reusability. Reject. Syenite. Ceramics. ceramic tests

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