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ANÁLISE QUALITATIVA DA PRODUÇÃO DE CERÂMICA
VERMELHA A PARTIR DA UTILIZAÇÃO DE PÓ DE VIDRO NA SUA
FABRICAÇÃO
Daniela Delgado (UFGD) – daniela.d_@hotmail.com
Wagner da Silveira (UFGD) – wagnersilveira@ufgd.edu.br
Rafael da Silva Araújo Ribeiro (UFGD) – rafaribeiro.eng@gmail.com
Resumo: Em vista da grande produção de resíduos nas mais diversas atividades industriais desenvolvidas atualmente, bem como da incorreta destinação da maior parte destes, tem se tornado uma preocupação mundial a sua reciclagem e reaproveitamento. Novos conceitos e soluções têm sido estudados dentro de uma visão de sustentabilidade e comprometimento com a questão ambiental. No processo de têmpera de artefatos de vidro durante a etapa de lapidação obtém-se um resíduo sólido constituído basicamente de vidro em pó. A reciclagem desse resíduo é uma preocupação atual das indústrias visando preservar o meio ambiente e evitar gastos com o descarte adequado do resíduo. Neste sentido, o presente trabalho objetiva avaliar a viabilidade de incorporar pó de vidro resíduo da etapa de lapidação de uma têmpera de vidros em massa cerâmica argilosa para obtenção de produtos cerâmicos. O resíduo será adicionado à argila em percentuais de 0, 5, 10, 20 e 30%, os corpos de prova serão preparados por prensagem uniaxial com 7 toneladas, secos na estufa a 120°C e posteriormente submetidos ao processo de queima em temperatura de 950°C. Serão avaliadas as propriedades físicas através dos testes de perda de massa ao fogo, retração linear após a secagem e após a queima, absorção de água e resistência mecânica à flexão dos corpos de prova queimados. Além do caráter científico, o trabalho tem um apelo ambiental no sentido de que, o pó de vidro proveniente da etapa de lapidação de uma têmpera é normalmente descartado em depósitos de lixo e a sua reutilização daria uma destinação adequada para o resíduo sólido.
Palavras-chave: reutilização de resíduos; reciclagem; pó de vidro; cerâmica vermelha.
2 1. INTRODUÇÃO
No Brasil a reciclagem de vidros aumentou de forma expressiva. Enquanto em 1991 eram recicladas 15% das embalagens de vidro, em 2008 esse índice atingiu 47% (ABIVIDRO, 2011). Porém, o vidro na forma de pó é um rejeito industrial que não pode ser reaproveitado no próprio processo. Diante do fato exposto tem se desenvolvido pesquisas que visem o aproveitamento desse resíduo em setores e produtos alternativos.
A cerâmica vermelha ou tradicional é atualmente uma das opções que vem sendo estudadas como uma alternativa viável a incorporação de diversos resíduos como forma de minimizar os impactos ao meio ambiente, além do reaproveitamento como matéria-prima em substituição de outros materiais que inicialmente seriam extraídos do meio ambiente ou pagos. Produtos de cerâmica vermelha representam uma área de grande potencial para incorporação de resíduos principalmente pelo seu alto volume de produção, o qual envolve grande volume de matérias primas. Outro fato é que os produtos de cerâmica vermelha possuem tolerância a variações de composição de suas matérias-primas viabilizando a incorporação de quantidades razoáveis de resíduos à sua composição (TEIXEIRA, 2006).
Um dos resíduos que vem sendo estudado por diversos autores, para serem empregados na indústria de cerâmica vermelha é justamente o pó de vidro, por se tratar de um material totalmente reaproveitável. Os vidros são constituídos por silicatos não cristalinos que também contém outros óxidos em sua composição (CABRAL JUNIOR, et al., 2005). Cabe aqui ressaltar que o material em estudo é um resíduo da etapa de lapidação do vidro durante o seu processo de têmpera e, portanto, não se trata somente do vidro recozido triturado, já que para concluir o processo de têmpera o pó de vidro que está diluído em água depende da adição de produtos químicos para facilitar a floculação do pó para que a água possa ser tratada e reutilizada no processo, interferindo na sua composição.
A incorporação de resíduo de vidro a produtos fabricados à base de argila é uma alternativa considerada natural devido à compatibilidade entre a composição química destes produtos e a do vidro (FILOGÔNIO, 2015). A introdução de vidro em massas de cerâmicas demonstrou que a temperatura de queima poderia ser diminuída. Portanto, sua substituição parcial pode proporcionar contribuição econômica e ecológica, através da diminuição da energia necessária para sua fundição e do destino correto para o resíduo.
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Neste contexto, o presente trabalho visa verificar a viabilidade da incorporação de vidro, resíduo da etapa de lapidação de um processo de têmpera, à argila. Os testes a serem realizados são perda de massa ao fogo, retração linear à secagem e à queima.
2. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
2.1. Engenharia de sustentabilidade
A grande produção de resíduos industriais, bem como o alto volume de extração de recursos naturais pelas empresas tem feito com que as mesmas incorporassem estratégias de sustentabilidade em seu processo, em vista da expectativa e cobrança da sociedade (HINZ; VALENTINA; FRANCO, 2006).
A Associação Brasileira de Engenharia de Produção (ABEPRO, 2009) relaciona o tema à Engenharia da Sustentabilidade, que é uma das grandes áreas da engenharia de produção, e a define como ciência que tem como objetivo o planejamento da utilização eficiente dos recursos naturais nos sistemas produtivos diversos, bem como a destinação e o tratamento dos resíduos e efluentes destes sistemas (BOTTEGA et all., 2010).
Segundo Motta (2009), o setor da indústria da construção civil é responsável pelo consumo de 40% dos recursos naturais, 40% da energia e 40% das emissões poluentes. Assim, buscar maneiras de diminuir a geração de resíduos bem como a de extração de matérias-primas torna-se fundamental. Algumas das metodologias utilizadas atualmente nas empresas são as Tecnologias de Fim de Tubo, as quais atuam de maneira a remediar a os efeitos da poluição, depois que a mesma já ocorreu (MELLO, 2002).
Por outro lado tem-se a metodologia da Produção mais Limpa, que propõem respostas prévias para problemas de poluição, ou seja, determina ações ambientais preventivas, através da economia de recursos gerada pela diminuição do desperdício e aumento da reutilização (HINZ; VALENTINA; FRANCO, 2006).
2.2. Processo de têmpera
Dentre os diversos segmentos de vidros industrializados, tem-se o vidro temperado, também conhecido como vidro de segurança, devido a suas características mecânicas de alta resistência a impactos e choques térmicos. O processo de beneficiamento do vidro, de modo a torná-lo de fato um vidro temperado, tem inicio na etapa de corte, onde o vidro é cortado de
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acordo com os pedidos especificados pelo cliente, passando posteriormente para a etapa de lapidação, onde a peça terá os seus quatro lados desbastados, dando origem a um resíduo de vidro diluído em água. Já lapidadas, as peças podem ter dois destinos diferentes de acordo com sua função ou especificação, as que apresentam furação e aquelas que não têm furação (LICURGO; VIERIA; MOREIRA, 2014).
A última etapa é a têmpera, onde todas as peças passam para serem enfim temperadas. Nesse processo as peças são dividas por sua espessura, já que, para cada uma há uma temperatura e uma duração determinadas. A temperatura do forno está geralmente perto dos 700 ºC.
2.3. Caracterização mecânica
As fórmulas e teorias expostas nesse capítulo são retiradas de Costa (2006). a) Perca de Massa ao Fogo
Este ensaio diz respeito à porcentagem de perca de massa do corpo queimado em relação à massa do corpo seco em estufa. É calculado de acordo com a Fórmula (1).
(1) Onde mq representa a massa do corpo de prova após a queima e ms a massa do corpo de prova após a secagem.
b) Retração Linear à Secagem
Verifica a variação percentual das dimensões lineares dos corpos após secagem, através da Fórmula (2).
(2) Sendo Cv o comprimento do corpo de prova após a conformação e Cs o comprimento após
a secagem em estufa.
c) Retração Linear à queima
Representa a variação percentual das dimensões lineares dos corpos após a queima, neste caso, a fórmula a ser utilizada está representada a baixo.
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(3) Onde Cq é o comprimento do corpo de prova após a queima e Cs comprimento do corpo
de prova após a secagem.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
O resíduo utilizado no presente estudo é originado do processo de tratamento de água de uma têmpera localizada da cidade de Dourados-MS. Tal reaproveitamento de faz necessário graças ao grande volume de água utilizado no processo de lapidação do vidro para diminuir o atrito das peças com os rebolos de desbaste, aumentando a durabilidade do material e diminuindo a chance de quebra das peças de vidro.
Essa água utilizada é canalizada, junto ao resíduo de vidro desgastado, para um reservatório, onde é constantemente agitada para que não endureça e nem decante o resíduo. Deste reservatório a água é bombeada pra silos de decantação, onde permanece até o transborde e assim segue por mais quatro silos. Do último silo, já limpa, a água é bombeada de volta para a produção para ser reutilizada no processo de lapidação das chapas de vidro. O resíduo que permanece no fundo dos silos é despejado em sacos, que quando completos são lacrados e encaminhados para o descarte.
A Figura 1 ilustra o processo produtivo do vidro temperado.
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A argila utilizada para o estudo foi coletada em uma cerâmica que produz artigos de decoração também localizada na cidade de Dourados-MS. Esta foi coletada diretamente do solo e não recebeu nenhum tratamento prévio.
Para dar início à mistura, inicialmente a argila foi seca na estufa a 120 ºC durante aproximadamente 24 horas e esperou-se que o pó de vidro secasse naturalmente. Depois de secos, ambos os materiais foram pulverizados através do moinho de facas e peneirados em uma peneira de 30 mesh.
Os corpos de prova a serem construídos obedecem às proporções descritas na Tabela 1. As porcentagens relacionam-se ao peso.
Tabela 1 – Composição dos corpos de prova.
AMOSTRA % ARGILA % PÓ DE VIDRO ÁGUA
M0 100% 0% 10% M1 95% 5% 10% M2 90% 10% 10% M3 80% 20% 10% M4 70% 30% 10% M5 60% 40% 10%
(Elaborado pelos autores)
Após realizada a mistura da argila e do pó de vidro o composto foi homogeneizada em um moinho de facas durante aproximadamente 30 minutos. Para posterior adição de água na proporção de 5% em relação ao peso. Depois da mistura pronta, são conformados os corpos de prova, através de um molde acoplado a uma prensa hidráulica, na qual se utilizou a pressão de 7 toneladas, conforme a Figura 2.
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Figura 2 – forma utilizada para conformação dos corpos de prova. Fonte: acervo dos autores.
Os corpos de prova já desenformados passam para uma estufa, onde permaneceram durante 24 horas a uma temperatura de 120 ºC e posteriormente para um forno do tipo mufla a 950 ºC, onde foi utilizada uma taxa de aquecimento de 10ºC/min e isoterma de 30 minutos na temperatura de patamar a 100ºC, posteriormente permaneceu por 60 min a 950C. Realizou-se o resfriamento com a mesma taxa de aquecimento.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A fim de garantir uma menor variabilidade dos resultados, realizaram-se, com todas as misturas, análises de correlação entre as variáveis massa e volume. Com o auxílio da ferramenta Excel, gerou-se uma função linear, a qual permitiu verificar os pontos que estavam mais distantes da linha média, ou seja, os que apresentaram um menor índice de correlação, representando possíveis anomalias ocorridas ao longo dos processos de preparação das amostras. Dos 18 pontos traçados em cada gráfico, 3 foram excluídos. Assim, para os testes de perda de massa ao fogo, retração linear de secagem e retração linear após a queima, foram utilizadas 15 amostras que apresentaram maior correlação em cada uma das 5 misturas.
A Figura 3 apresenta a correlação entre as variáveis massa e volume para cada uma das misturas.
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Figura 3 – Gráficos de correlação para as cinco misturas. Fonte: elaborado pelos autores.
Após definição dos 15 pontos a serem utilizados de cada amostra, pôde-se calcular a perda de massa ao fogo, retração linear de secagem e retração linear após a queima.
4.1. Perda de massa ao fogo (PMF)
Para calcular a perda de massa ao fogo foi feita a média dos valores de massa das misturas após a secagem na estufa e após a queima na mufla. No Gráfico 1 nota-se a PMF em cada uma delas.
Gráfico 1 – Perda de massa ao fogo para as cinco amostras.
9,15% 9,47% 9,69% 9,94% 10,18% 8,60% 8,80% 9,00% 9,20% 9,40% 9,60% 9,80% 10,00% 10,20% 10,40% M0 M1 M2 M3 M4
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Fonte: elaborados pelos autores.
4.2. Retração Linear de Secagem
Para representação da retração linear de secagem, obteve-se a média da variável comprimento, tanto na sua fase inicial quanto após a secagem em estufa. Desta forma, após aplicação da fórmula, os resultados em percentual são apresentados no Gráfico 2.
Gráfico 2 – Retração linear de secagem para as cinco amostras.
Fonte: elaborado pelos autores.
4.3.Retração linear após a queima
Assim como no teste anterior, encontrou-se a média da variável comprimento, porém agora foi utilizado o valor referente a amostra seca e após a queima na mufla. O Gráfico 3 ilustra a variação em cada mistura.
Gráfico 3 – Retração linear após a queima para as cinco amostras. 0,36% 0,68% 0,70% 0,86% 0,95% 0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70% 0,80% 0,90% 1,00% M0 M1 M2 M3 M4
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Fonte: elaborado pelos autores.
A amostra M4 apresentou uma variação contrária às demais, graças a aglomeração do vidro na parte externa ao corpo de prova, conforme exposto na Figura 4
Figura 4 – corpos de prova M4 após queima na mufla.
Fonte: acervo dos autores.
5. CONCLUSÃO
Após a realização dos testes expostos no capítulo anterior pode-se concluir que quanto maior a concentração de pó de vidro na mistura, maior foi a perda de massa após a queima da mesma, maior a retração linear de secagem e maior a retração linear de queima. Tem-se uma exceção quando se trata do teste de retração linear a queima para M4, já que após ser queimada a amostra apresentou aglomeração do vidro, Tal efeito é devido ao processo de difusão e sinterização. Neste caso em especial, o pó de vidro presente foi ativado
1,03% 1,46% 1,85% 1,97% 1,33% 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50% M0 M1 M2 M3 M4
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termicamente e pelo processo de difusão começou a sinterizar. Parra diminuir sua energia superficial o pó de vidro sinterizou em um formato esferoidal. Tal característica permite que a enegia livre de Gibbs seja diminuída no pó de vidro. Essa característica acabou fazendo com que aumentasse as medidas dos corpos de prova, como exposto anteriormente na Figura 4.
As amostras reagiram opostamente ao esperado, já que com a adição de vidro esperava-se que diminuísse a perda de massa ao fogo e também as retrações lineares tanto pós a secagem como após a queima devido às propriedades do vidro. Segundo Costa (2006) tal evento pode ser explicado pelo alto teor de matéria orgânica tanto na argila da região do Mato Grosso do Sul quanto no pó de vidro, que recebe aditivos químicos para facilitar a floculação. O estudo teve sua importância para demonstrar que o pó de vidro, resíduo da etapa de lapidação de têmperas, tem propriedades diferentes dos cacos de vidro comum, e que não apresentam características que colabore na melhoria das propriedades químicas da cerâmica.
Assim, novos estudos serão realizados, mas até o presente estágio conclui-se que as misturas de pó de vidro e argila vermelha não apresenta viabilidade prática, graças a aumento da retração linear ao ser aquecida e ao alto volume de perda de massa ao fogo, fazendo com que ao invés de diminuir o volume de massa utilizada aumentaria.
REFERÊNCIAS
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ABIVIDRO, Associação Técnica Brasileira das Indústrias Automáticas de Vidros. Disponível em: <http://www.abividro.org.br>. Acesso em: 24 de maio de 2016.
BOTTEGA, Estela et al. A área de Engenharia da Sustentabilidade:: definição, subáreas, mercado de trabalho e projeções futuras. In: EEPA, 4., 2010, Campo Mourão.
CABRAL JUNIOR, Marsis et al. Argilas para Cerâmica Vermelha. In: LUZ, Adão Benvindo da; LINS, Fernando Antonio Freitas. Rochas e Minerais Industriais: USOS E ESPECIFICAÇÕES. Rio de Janeiro: Cetem, 2005. Cap. 28. p. 583-605.
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FILOGÔNIO, Paulo Henrique de Castro. VALORIZAÇÃO DO RESÍDUO DE LAPIDAÇÃO DE VIDROS PLANOS PARA OBTENÇÃO DE CERÂMICA VERMELHA. 2015. 73 f. Monografia (Especialização) - Curso de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Instituto Federal do EspÍrito Santo, Vitória, 2015.
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LICURGO, J. S. C., VIEIRA, C. M. F., MONTEIRO, S. N. APROVEITAMENTO DE RESÍDUO DA ETAPA DE LAPIDAÇÃO DE VIDRO EM CERÂMICA VERMELHA. Campos dos Goytacazes – RJ: LAMAV, 2014.
MELLO, Maria Celina Abreu de. PRODUÇÃO MAIS LIMPA: UM ESTUDO DE CASO NA AGCO DO BRASIL. 2002. 113 f. Monografia (Especialização) - Curso de administração, UFRGS, Porto Alegre, 2002. MOTTA, Silvio R. F.; AGUILAR, Maria Teresa P.. SUSTENTABILIDADE E PROCESSOS DE PROJETOS DE EDIFICAÇÕES. Gestão & Tecnologia de Projetos, São Paulo, v. 4, n. 1, p. 84-119, maio 2009.
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