DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR
WANESSA REJANE KNOP
ESTUDO DA VIABILIZAÇÃO DA INCORPORAÇÃO DO PÓ DE EXAUSTÃO EM MASSA CERÂMICA.
Apresentada em 28 / 09 / 2009 Perante a Banca Examinadora:
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Mestrando: WANESSA REJANE KNOP – Química Industrial
Orientador: Prof. Dr. LUIZ V. O. DALLA VALENTINA
CCT/UDESC – JOINVILLE
ESTUDO DA VIABILIZAÇÃO DA INCORPORAÇÃO DO PÓ DE EXAUSTÃO EM MASSA CERÂMICA.
DISSERTAÇÃO APRESENTADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. LUIZ V. O. DALLA VALENTINA.
FICHA CATALOGRÁFICA
NOME: KNOP, Wanessa Rejane DATA DEFESA: 28/09/2009 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC
NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 107-CCT/UDESC FORMAÇÃO: Ciência e Engenharia de Materiais
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: Cerâmica
TÍTULO: Estudo da viabilização da incorporação do pó de exaustão em massa cerâmica. PALAVRAS CHAVES: Subprodutos industriais, Pó de exaustão, Revestimentos cerâmicos. NÚMERO DE PÁGINAS: 79 p.
CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 41002016001P9.
ORIENTADOR: Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina (UDESC)
PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina (UDESC)
Deus nos fez perfeito e não escolhe os capacitados, capacita os ecolhidos. Fazer ou
não fazer algo só depende de nossa vontade e perseverança.
Albert Einstein
Agradeço primeiramente a Deuspor me oferecer saúde e paz.
Aos meus pais que sempre me apoiaram em tudo e me deram força para conseguir atingir mais este objetivo.
Ao meu namorado que sempre esteve do meu lado....
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina, orientador do presente trabalho.
A Dra. Marilena Valadares Folgueras que foi co-orientadora e que se disponibilizou e ajudou na realização deste trabalho.
À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho.
Ao Centro de Ciências Tecnológicas e ao Departamento de Engenharia Mecânica pela infra-estrutura oferecida.
À empresa que forneceu o subproduto industrial pó de exaustão para o estudo e também a empresa de revestimentos que cedeu a massa cerâmica atomizada.
À PROMOP pela bolsa concedida.
A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho em especial para o Prof. Dr. Masahiro Tomiyama.
RESUMO
Dentro do contexto de busca de alternativas para a utilização de subprodutos industriais como matéria-prima para a indústria cerâmica, este trabalho avaliou a possibilidade do emprego de pó de exaustão proveniente do processo de fundição em massa cerâmica atomizada tipo semi-grês. Este material foi caracterizado em uma etapa preliminar por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DRX), Análise Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD e TG) constatando-se que se trata de um pó com alto teor de finos e composição compatível com a de massas cerâmicas. Foram desenvolvidas formulações com diferentes teores de pó de exaustão. Os materiais sinterizados entre 1000 e 1200oC foram caracterizados quanto a propriedades tecnológicas como a absorção de água, retração linear e densidade aparente. A análise microestrutural foi realizada utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Estes resultados demonstraram a viabilidade da utilização do subproduto. Através dos experimentos observou-se que o subproduto promoveu um incremento no grau de sinterização, e elevados teores do mesmo aumentam a formação de porosidade e intensificam a cor do novo material. De acordo com os resultados obtidos na etapa preliminar definiu-se a metodologia de trabalho para o desenvolvimento do novo material. Na segunda etapa foram desenvolvidas novas formulações com a incorporação do pó de exaustão, baseada na etapa preliminar da pesquisa e utilizando como critério o comportamento após a sinterização. Este novo material foi caracterizado através da análise térmica diferencial, termogravimétrica, e de algumas propriedades tecnológicas como a absorção de água, retração linear e densidade aparente. Por fim foram realizados testes de resistência á flexão, resistência à abrasão além da análise morfológica.Os resultados obtidos demonstram que o novo material pode ser utilizado como placa cerâmica para revestimento, pois, em geral não houve mudanças significativas nas propriedades físicas e mecânicas estudadas da massa cerâmica com a incorporação do subproduto pó de exaustão em relação com as amostras somente com a massa e todas as composições estão dentro dos valores mínimos exigidos para as características analisadas.
ABSTRACT
Inside the context of alternative search for the use of industrial waste as natural raw for the industrial ceramic, this work had the objective to evaluate the possibility of the use of exhauster powder generated in the foundry process. The characterization was performed by scanning electron microscopy, x-ray difratometry and thermal analysis (ATD, TG) noting that it is a powder with a high content of fine and compatible with the composition of ceramic bodies. Formulations were prepared with different exhauster powder content. The sintered materials at 1000, 1100 and 1200oC were characterized according technological properties as water absorption, linear shrinkage, bulk density. Microstructural analysis was carried out by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results showed that it is possible to use the waste. It was observed that the waste increase the density in sintering process, and with high levels of waste occurs an increase of the porosity and intensification in the color of the new material. According to the results obtained in preliminary stage set up the methodology of work for the development of new materialThe second stage were developed new formulations prepared with different exhauster powder content, based on the preliminary stage of research and using as criterion the behavior after sintered. This new material were characterization by thermal analysis (ATD, TG), and some technological properties such as water absorption, linear shrinkage, bulk density. Finally were tests for resistance to bending, resistance to abrasion than the morphological analysis.The results showed the new material can be used as ceramic tiles, for, in general no significant changes it’s physical and mechanical studied of ceramic body exhauster powder content in relation to the samples only with the mass, and all the compositions are within the minimum required for the characteristics analyzed.
SUMÁRIO
RESUMO VII
ABSTRACT VIII
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO 1
1.1PROBLEMÁTICA 1
1.2OBJETIVOS 2
1.3 ESTRUTURADADISSERTAÇÃO 3
2 REVISÃO DA LITERATURA 4
2.1RESÍDUOS SÓLIDOS 4
2.2PROCESSOS DE FUNDIÇÃO E A GERAÇÃO DE SUBPRODUTO 6
2.2.1 PÓ DE EXAUSTÃO 8
2.2.2 DESTINO DOS SUBPRODUTOS DE FUNDIÇÃO ATUALMENTE 11
2.3REVESTIMENTOS CERÂMICOS 12
2.3.1 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS 14 2.3.2 TIPOLOGIA E PROPRIEDADES FINAIS DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS 18
2.4SUBPRODUTOS INCORPORADOS EM MATERIAIS CERÂMICOS 20
2.5CONSIDERAÇÕES 23
3 MATERIAIS E MÉTODOS 25
3.1 ESTUDO PRELIMINAR 25
3.1.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS 27
3.1.2 PREPARAÇÃO DA MISTURA DAS MATÉRIAS-PRIMAS E AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES
FÍSICAS 27
3.1.3 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) 28
3.2 SEGUNDA ETAPA 29
3.2.1ANÁLISE TÉRMICA SEGUNDA ETAPA (ATD E TG) 30
3.2.2DILATOMETRIA 31
3.2.3CURVA DE GRESIFICAÇÃO E PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS 31
3.2.3.1RESISTÊNCIA A ABRASÃO E FLEXÃO 31
3.2.5MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) 32
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO DO ESTUDO PRELIMINAR 33
4.1 MATÉRIAS-PRIMAS 33
4.2 COMBINAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS 37
4.4 ANÁLISE MORFOLÓGICA 42
4.5 CONSIDERAÇÕES 44
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO SEGUNDA PARTE 45
5.1 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO 45
5.2 CURVA DE GRESIFICAÇÃO E DENSIDADE APARENTE 50
5.3 ANÁLISE MORFOLÓGICA 53
5.4 RESISTÊNCIA À ABRASÃO PROFUNDA 55
5.5 RESISTÊNCIA À FLEXÃO 56
5.6 CONSIDERAÇÕES 57
6 CONCLUSÃO 59
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 60
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2. 1– Geração de subprodutos no processo de modelação (GARCIA FILHO; CARNIN;
2009). ... 9
Figura 2. 2 - Fluxograma do processo de fundição com a geração do pó de exaustão estudado. . 10
Figura 2. 3: A: Coleta do pó de exaustão pela esteira. B: Armazenamento em container (RIBEIRO, 2008). ... 10
Figura 2. 4: Processo de fabricação de revestimentos cerâmicos. ... 15
Figura 3. 1: Etapas do desenvolvimento dos processos experimentais. ... 26
Figura 3. 2: Etapas do desenvolvimento dos processos experimentais da segunda etapa. ... 30
Figura 4. 1: Análise térmica do subproduto (ar). ... 33
Figura 4. 2: Análise térmica do subproduto (N2). ... 34
Figura 4. 3: Difratograma do subproduto pó de exaustão in natura... 34
Figura 4. 4: Difratograma do subproduto pó de exaustão com tratamento térmico de 600 e 1000oC ... 35
Figura 4. 5: Análise térmica da massa atomizada. ... 36
Figura 4. 6: Difratograma da massa atomizada. ... 36
Figura 4. 7: Análise térmica da massa atomizada e da combinação de 30% do subproduto pó de exaustão adicionado a esta massa. ... 37
Figura 4. 8: Difratograma da mistura de 30% de subproduto em massa in natura e com tratamento térmico de 1000, 1100 e 1200oC. ... 38
Figura 4. 9: Variação de absorção de água dos corpos-de-prova nas três temperaturas de 1000, 1100 e 1200oC. ... 40
Figura 4. 10: Variação da retraçao linear dos corpos-de-prova nas três temperaturas de 1000, 1100 e 1200oC. ... 41
Figura 4. 11: Variação da densidade aparente dos corpos-de-prova nas três temperaturas de 1000, 1100 e 1200oC. ... 42
Figura 5. 1: Análise dilatométrica das amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto
em massa. ... 46
Figura 5. 2: Análise térmica com 5% de subproduto incorporado na massa atomizada. ... 47
Figura 5. 3: Análise térmica com 8% de subproduto incorporado na massa atomizada ... 47
Figura 5. 4: Análise térmica com 10% de subproduto incorporado na massa atomizada. ... 48
Figura 5. 5: Micrografias da massa etapa preliminar (a) e segunda parte (b)sinterizados a 1100oC com aumento de 500x. ... 49
Figura 5. 6: Micrografias da incorporação de 15% de subproduto em massa etapa preliminar (a) e 10% de subproduto em massa segunda parte (b) sinterizados a 1100oC com aumento de 500x. ... 49
Figura 5. 7: Curva de gresificação e os valores de retração e absorção de água para as amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto e da massa atomizada sinterizados em seis temperaturas diferentes. ... 51
Figura 5. 8: Variação da densidade aparente dos corpos-de-prova em cinco diferentes temperaturas. ... 52
Figura 5. 9:Micrografias das amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto e somente da massa com magnificação de 50, 100, 200 e 500x, sinterizadas à 1100oC. ... 54
ÍNDICE TABELAS
Tabela 2. 1: Alguns resíduos formados nos processos de fundição (GOSSEN, 2005). ... 8 Tabela 2. 2: Alguns óxidos presentes nas formulações das massas cerâmicas (GRUN, 2007;
MODESTO, 2005). ... 14 Tabela 2. 3: Classificação de absorção de água em função do processo de fabricação
(ANFACER, 2008). ... 19 Tabela 2. 4: Classificação de resistência á flexão (ANFACER, 2008). ... 19 Tabela 2. 5: Resistência à abrasão profunda (ABC, 2008; ANFACER, 2008). ... 20 Tabela 2. 6: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso
(RIBEIRO, 2008). ... 21 Tabela 2. 7: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso
(PUREZA et al. 2007). ... 22 Tabela 2. 8: Formulações propostas (MODESTO et al 2003). ... 22 Tabela 2. 9: Caracterização física da formulação F5, em diferentes condições de queima, com
valores de desvio-padrão entre parênteses (MODESTO et al 2003). ... 23
Tabela 5. 1: Resistência à abrasão profunda das composições sinterizadas à 1100oC. ... 55 Tabela 5. 2: Valores respectivos as propriedades tecnológicas encontradas para as composições 0,
LISTA DE SIGLAS
AA – Absorção de Água
ABC – Associação Brasileira de Cerâmica
ABCERAM – Associação Brasileira de Cerâmica ABIFA – Associação Brasileira de Fundição
ANFACER – Associação Nacional dos Fabricantes de Revestimentos Cerâmicos MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura
TG - Análise Termogravimétrica ATD - Análise Térmica Diferencial DRX- Difração de Raios-X
