UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE ANGICOS
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
CARLOS ALBERTO DA SILVA DANTAS
ANÁLISE COMPARATIVA DAS PROPRIEDADES DE TIJOLOS CERÂMICOS COM E SEM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DE GRANITO
ANGICOS-RN 2019
CARLOS ALBERTO DA SILVA DANTAS
ANÁLISE COMPARATIVA DAS PROPRIEDADES DE TIJOLOS CERÂMICOS COM E SEM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DE GRANITO
Trabalho Final de Graduação apresentado a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. MSc. Marcilio Luís Viana Correia
ANGICOS-RN 2019
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Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
D192a Dantas, Carlos Alberto da Silva.
ANÁLISE COMPARATIVA DAS PROPRIEDADES DE TIJOLOS CERÂMICOS COM E SEM INCORPORAÇÃO DE RESÍDUO DE GRANITO / Carlos Alberto da Silva Dantas. - 2019. 75 f. : il.
Orientador: Marcilio Luís Viana Correia.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2019.
1. rochas ornamentais. 2. cerâmica vermelha. 3.
reaproveitamento. 4. matéria-prima. I. Correia, Marcilio Luís Viana , orient. II. Título.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI- UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus, por me dar a saúde e disposição para continuar com buscando sempre mais objetivos.
Agradeço aos meus pais, Maria da Silva Dantas e João Inácio Dantas (In Memoriam), que me deram o dom da vida, que me educou mostrando que se precisa ir atrás dos seus objetivos e apesar das dificuldades sempre me apoiaram nos estudos.
Aos meus irmãos, Mariana Celeste Dantas, Jean Carlos Dantas, Patrícia Fabiana Dantas, Adriano da Silva Dantas e Josenilda Lucia Dantas (In Memoriam), pela união que representa na família e que me incentivaram sempre, não medindo esforços em me ajudar.
Aos companheiros do curso, que estão sempre dispostos em auxiliar e tornar este tempo de faculdade mais proveitoso, espero que muitas amizades sejam prevalecidas, Arlean Fernandes, Fernando Jales, Denyeivisson Freire, Joel Neto, Hamilton Freire, Jefferson Romero, Paulo Jr, João Paulo Nascimento, Lucas Trindade, Davi Brito e a todos os outros que participara m ativamente da minha vida durante este curso.
Ao meu orientador Prof. MSc. Marcilio Luís Viana Correia, por todas as orientações e dedicação dada a este trabalho.
A todos os professores e funcionários da UFERSA – Angicos, que desempenham um papel crucial para o curso.
Aos empreendedores ceramistas de Parelhas – RN em especial a Cerâmica Tavares.
Aos professores Dra. Valquíria Melo Souza Correia e Dr. Tiago Almeida Saraiva que compõem a banca examinadora, pela disponibilidade em avaliar este trabalho.
A todos que de alguma forma contribuíram para este trabalho.
“Se você receber uma tijolada da vida agradeça, um dia você usará estes tijolos para construir seu lar.”
(Carlos Alberto da Silva Dantas)
RESUMO
O setor da construção civil estar cada dia aprimorando seu processo produtivo com ações que promovam um menor impacto ambiental. A indústria de rochas ornamentais está integrada nesse grupo da construção civil são empreendimentos em constante desenvolvimento que contam com uma diversidade de produtos que a cada dia é ampliado com diferentes formas para serem usados como revestimentos, pias e bancadas. O beneficiamento de rochas ornamentais gera um resíduo constituído pelo pó dessas rochas e dos materiais utilizados neste processo. Este resíduo produzido tem um volume expressivo representando cerca de 30% do bloco submetido ao corte. Estes resíduos quando não realizados os procedimentos de destinação corretos podem causar impactos ambientais consideráveis e sua estocagem no pátio da empresa torna complexo, pois se trata de um resíduo que representa grande volume, o que acaba demandando grandes áreas para tal fim. O presente trabalho aborda o desenvolvimento da adição deste resíduo em tijolos cerâmicos, analisando as propriedades tecnológicas mais relevantes da matéria prima e do tijolo produzido. Foram analisadas estas propriedades para outras duas cerâmicas da região, com o intuito de fazer um comparativo com o da cerâmica que utiliza resíduo. Após a realização dos ensaios e com base nos seus resultados pode-se concluir que a adição de 5% desse resíduo do polimento do granito não produz efeitos significativos na matéria prima e no tijolo cerâmico produzido. Assim a utilização de 5% na mistura argilosa para a produção de tijolo cerâmico pode ser utilizado sem danos para o processo de produção.
Palavras- chave: rochas ornamentais; cerâmica vermelha; reaproveitamento, matéria-prima.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 -Diagrama De Winkler ... 18
Figura 2 - Segmentos da cerâmica ... 20
Figura 3 - Fluxograma da produção cerâmica ... 21
Figura 4 - Estocagem da massa argilosa composta do resíduo ... 22
Figura 5 - Processo de extrusão ... 24
Figura 6 - Processo de secagem dos blocos cerâmicos ... 25
Figura 7 - Mostruário de produtos fabricados na Cerâmica Tavares ... 30
Figura 8 - Blocos cerâmicos de vedação com furos na horizontal e vertical ... 31
Figura 9 - Processo de serragem do bloco ... 35
Figura 10 - Tear multifio ... Erro! Indicador não definido. Figura 11 – (A) Chapa de granito após o polimento; (B) Local de estoque das chapas após o beneficiamento. ... 36
Figura 12 - Fluxograma do processo de geração de resíduo... 36
Figura 13 - Panorâmica da área de produção ... Erro! Indicador não definido. Figura 14 - Modelo de sistema de tratamento de efluentes ... 39
Figura 15 - Silo de decantação (tratamento do resíduo do granito) ... 40
Figura 16 - Filtro prensa (tratamento do resíduo de beneficiamento do granito) ... 41
Figura 17 - Resíduo do beneficiamento do granito após prensagem ... 41
Figura 18 - Local de estocagem do resíduo ... Erro! Indicador não definido. Figura 19 - Local de descanso da mistura argilosa ... 44
Figura 20 - fluxograma das etapas realizadas para os ensaiosErro! Indicador não definido. Figura 21 - Amostras usadas nos ensaios ... 46
Figura 22- Processo de destorroamento ... Erro! Indicador não definido. Figura 23 - Amostras destorroadas ... Erro! Indicador não definido. Figura 24 – Peneira de abertura 2mm usada no preparo das amostras ... 48
Figura 25 - Equipamento de Casa Grande com a concha preenchida com argila ... 49
Figura 26 –Retirada de parte da amostra para verificar a umidade ... 50
Figura 27 – Ensaio para limite de liquidez ... 51
Figura 28 - Ensaio limite de liquidez, após execução dos cilindros de argila ... 51
Figura 29 - Processos do ensaio da análise granulométrica conjunta ... 52
Figura 30 - Execução do ensaio de sedimentação ... 53
Figura 31 - Peneiras usadas no peneiramento fino ... 54
Figura 32 - Resultado das amostras passantes no peneiramento fino ... 54
Figura 33 - Amostra utilizadas nos ensaios dos produtos acabados ... 55
Figura 34 - Corpos de prova submerso para ensaio de absorção ... 56
Figura 35 - Tijolos no processo de capeamento ... 57
Figura 36 - Local de aplicação da tensão da prensa ... 58
Figura 37 - Prognóstico da etapa de conformação através da plasticidade ... 62
Figura 38 - Gráfico da curva Granulométrica das amostras ... 63
Figura 39 - Representação das amostras no Diagrama de Winkler ... 64
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 12
2 OBJETIVOS ... 14
2.1 OBJETIVO GERAL ... 14
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 14
3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 15
3.1 ASPECTOS ESTRUTURAIS DA CERÂMICA ... 15
3.1.1 História da cerâmica ... 15
3.1.2 Matéria prima dos produtos cerâmicos ... 16
3.1.3 O Setor Cerâmico ... 19
3.2 CERÂMICA VERMELHA: PROCESSO PRODUTIVO ... 21
3.2.1 Extração e preparação da massa ... 21
3.2.2 Moldagem... 23
3.2.3 Secagem ... 24
3.2.4 Queima ... 25
3.3 PROPRIEDADES PRINCIPAIS DOS PRODUTOS CERÂMICOS ... 27
3.3.1 Propriedades Elásticas ... 27
3.3.2 Resistencia mecânica ... 28
3.3.3 Porosidade ... 29
3.3.4 Retração ... 30
3.4 PRODUTOS DA CERÂMICA VERMELHA ... 30
3.4.1 Bloco cerâmico de vedação ... 30
3.4.2 Características do tijolo cerâmico ... 32
3.5 ROCHAS ORNAMENTAIS ... 32
3.5.1 O setor de rochas ornamentais... 32
3.5.2 Composição do granito ... 34
3.5.3 Processo de Geração de resíduos ... 34
3.5.4 Tratamento e disposição final dos resíduos de beneficiamento do granito ... 38
3.5.5 Utilização do resíduo de rochas ornamentais em cerâmica vermelha ... 42
4 PROGAMA EXPERIMENTAL ... 44
4.1 MATÉRIAS-PRIMAS: ARGILAS E RESÍDUO DO GRANITO ... 44
4.2 ENSAIOS REALIZADOS NA MATÉRIA-PRIMA ... 45
4.2.1 Procedimento de preparo das matérias-primas ... 46
4.2.2 Índice de Plasticidade (limites de Attemberg) ... 48
4.2.3 Granulometria das amostras ... 52
4.3 MÉTODOS E ENSAIOS REALIZADOS NO PRODUTO ACABADO ... 55
4.3.1 Inspeção visual ... 55
4.3.2 Determinação da massa seca e do índice de absorção d’água ... 56
4.3.3 Resistencia a compressão ... 57
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 59
5.1 BLOCO DE VEDAÇÃO ... 59
5.1.1 Ensaio de dimensões ... 59
5.1.2 Índice de absorção de água... 59
5.1.3 Resistência à compressão ... 61
5.2 MATÉRIA PRIMA ... 62
5.2.1 Limite de liquidez e plasticidade ... 62
5.2.2 Analise granulométrica conjunta... 63
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 66
REFERÊNCIAS... 68
ANEXO A – Tabela da análise granulométrica conjunta da amostra A1 ... 72
ANEXO B – Tabela da análise granulométrica conjunta da amostra A2 ... 73
ANEXO C - Tabela da análise granulométrica conjunta da amostra A3 ... 74
ANEXO D – Gráficos do ensaio do limite de liquidez ... 75
1 INTRODUÇÃO
O seguimento da cerâmica vermelha utiliza basicamente a argila como matéria prima e fabrica tijolos, telhas, lajotas, blocos cerâmicos, entre outros produtos amplamente utilizados na construção civil (SILVA, 2009). O Estado do Rio Grande do Norte tem 186 cerâmicas em atividade com uma produção de 111.163.000 peças por mês; sendo desse total 54% telhas, 42%
blocos de vedação e 4% outros (CTGAS-ER, 2016).
O Rio Grande do Norte (RN) consome mensalmente 239.591 toneladas de argila para sua produção atual, sendo que dessa produção, cerca de 12% é vendida na própria cidade que produz, 43% para outras cidades do RN e 45% é destinada aos outros estados do Brasil. A Região do Seridó, com 33 indústrias cerâmicas é responsável por 57% do total de peças cerâmicas que é produzido no estado, se utilizando de 42% de toda argila que é consumida pelo Estado (CTGAS-ER, 2012).
Nos últimos anos, a crescente fiscalização em todos os setores, principalmente, na parte ambiental tem contribuído para que muitas empresas de cerâmicas desenvolvessem formulações na sua mistura argilosa, obtendo produtos mais rentáveis, com uma maior qualidade e racionalizando o uso de matérias primas (SILVA, 2009).
A indústria da cerâmica vermelha utiliza uma quantidade expressiva de matéria prima argilosa, assim se faz necessário uma política de utilização de materiais alternativos. Os resíduos produzidos por algumas atividades industriais podem ser alocados como tais materiais alternativos, contribuindo não só para uma destinação final adequada e uma valorização desse resíduo, como também diminuindo o volume de matéria prima utilizada e contribuindo para geração de emprego e renda (PEDROTI, 2011).
Entre os minérios do Rio Grande do Norte, as reservas de rochas ornamentais (granito e afins) são consideradas as mais valorizadas monetariamente. Em 2013 essas reservas medidas somaram 1.306.786.513 toneladas, sendo considerada a maior do RN, entre os minerais metálicos e não-metálicos (ANUÁRIO ESTÁTISTICO DO RIO GRANDE DO NORTE, 2014).
Na cidade de Parelhas, região do Seridó Potiguar, foi inaugurada em agosto de 2015, a Thor Granito, empresa de referência na América no setor de rochas ornamentais, com 30 anos de mercado (DOMINGO, 2015).
Apesar da grande geração de emprego e movimentação da economia local, o setor de extração e beneficiamento de rochas proporciona muitos danos ambientais. O resíduo gerado no processo de produção é um dos grandes poluidores, uma vez que são gerados em grandes quantidades e necessitam de tratamentos especiais para sua disposição final.
O resíduo produzido pelo beneficiamento é uma lama, constituída de pó de rochas, que representa cerca de 25% da rocha beneficiada; é também encontrado nos resíduos a cal, granalha de metais e água (PEDROTI, 2011 apud MOREIRA et al., 2003).
Levando-se em conta a grande quantidade de rochas ornamentais beneficiadas no Brasil (cerca de 9,5 milhões de toneladas) e a elevada porcentagem de resíduo gerado neste processo (aproximadamente 25%), percebe-se a necessidade de seu aproveitamento, pois o descarte inadequado acarreta sérios problemas ambientais e punições por descumprimento da legislação vigente. Tais resíduos são normalmente descartados em rios, lagos e em locais próximos a essas empresas de beneficiamento, causando danos a fauna, flora e a população local, principalmente quando este material se encontra seco formando pó (MENEZES, NEVES e FERREIRA, 2002;
CHIODI, 2015).
A Cerâmica Tavares, situada no município de Parelhas, mesma cidade da empresa de beneficiamento em estudo, teve a iniciativa de utilizar o resíduo de rochas ornamentais, incorporando este resíduo na massa cerâmica para fabricação de tijolos cerâmicos. A mistura reformulada é utilizada com a adição de 5% do resíduo do beneficiamento de rochas graníticas.
Atualmente todo resíduo gerado pela empresa Thor Granitos, cerca de 15 toneladas por dia de resíduo úmido é enviado a Cerâmica Tavares para ser utilizada na produção de tijolos.
A fim de contribuir com esse tipo de produção sustentável, o trabalho visa avaliar a viabilidade técnica da utilização do pó de granito na incorporação da massa cerâmica, verificando se essa incorporação proporciona variações nas propriedades físicas mais relevantes dos tijolos cerâmicos produzidos com esta mistura reformulada, sendo comparados os resultados com tijolos convencionais fabricados na região.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Analisar propriedades físicas e mecânica do tijolo cerâmico sem e com a incorporação do resíduo de beneficiamento do granito.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Realizar ensaios de granulometria e determinação de índices de plasticidade com intuito de caracterizar a argila e o resíduo utilizado na produção dos tijolos cerâmicos;
• Analisar propriedades físicas de porosidade e capacidade de absorção dos tijolos cerâmicos com e sem incorporação de resíduo;
• Comparar o desempenho mecânico dos tijolos sem e com resíduo por meio do ensaio de resistência à compressão.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 ASPECTOS ESTRUTURAIS DA CERÂMICA
Nesta seção será apresentada uma fundamentação teórica referente aos conceitos básicos da história da cerâmica, do seu processo produtivo e de suas propriedades.
Esta abordagem se faz necessária para que o maior conhecimento a respeito da cerâmica e de suas propriedades, possa servir de embasamento para enriquecer a discussão dos resultados obtidos por esta pesquisa.
3.1.1 História da cerâmica
A atividade cerâmica é uma das mais antigas do mundo, tendo em vista que esta utiliza processos básicos de fabricação e a argila como matéria prima, um mineral muito abundante na terra, formado pelo intemperismo das rochas, que possui baixa granulometria e que pode ser moldado quando umedecido; quando seco, porém, forma torrões que dificilmente serão desagregados com a pressão dedos (BAUER, 2008).
O termo cerâmico surgiu da palavra grega keramikos, que significa “material queimado”, isto deixa a entender que, a matéria prima precisa passar por um processo de tratamento térmico em altas temperaturas denominado queima, para se conseguir as propriedades requeridas pelo produto cerâmico (CALLISTER JUNIOR, 2008).
A cerâmica é o material mais antigo produzido pelo homem, normalmente encontrado em escavações arqueológicas, estima-se que a cerâmica é produzida desde o período neolítico (25,000 a 5.000 anos a.C.) As peças mais antigas foram encontradas por arqueólogos na Tchecoslováquia, datando de 24,500 a.C. (SEBRAE, 2008).
Por volta de 280 a.C. os romanos começaram a utilizar a cerâmica cozida, para fabricação de telhados e copias de seus deuses, além de vasos de excelente qualidade com efetivos métodos de cozimento de argila (SANTOS, 2003).
Outras manifestações que marcaram a história da cerâmica foram os babilônicos e os assírios que utilizavam cerâmica com ladrilhos decorados (século VI a.C.), bem como os persas com sua produção de objetos em argila cozida, com métodos tecnológicos para obtenção de brilhos e cores, alguns desses métodos ainda são usados nos nossos dias (SEBRAE, 2008).
Somente após 6000 anos de história e desenvolvimento tecnológico, que surge a definição contemporânea de Tecnologia Cerâmica, sendo essa conceituada como uma aplicação dos conhecimentos tecnológicos e científicos fundamentais com relação aos processos e materiais cerâmicos, são inclusas as indústrias, as artes e profissões que trabalham com materiais cerâmicos como matérias primas ou como produtos acabados (SANTOS, 2003 apud NORTON, 1973).
3.1.2 Matéria prima dos produtos cerâmicos
Os materiais cerâmicos são considerados as substâncias usualmente formadas por compostos de elementos metálicos e não-metálicos, cujas ligações interatômicas são totalmente ou parcialmente iônicas, possuindo um caráter de ligações covalentes. Estes materiais são submetidos a altas temperaturas, tendo como matéria prima básica a argila (VAN VLACK, 1973; CALLISTER JUNIOR, 2008).
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Tecnicas (ABNT), as argilas são compostas por patículas coloidais de diâmetro inferior a 5 micrometros que, quando úmidas tem alta plasticidade e, quando secas, formam torrões que dificilmente se desagregam com a pressão dos dedos (BAUER, 2008).
As argilas naturais são compostas basicamente de argilominerais de composição variável, sílica livre (sendo o quartzo cristalino com particula superior a 10 micromêtros), carbonatos com particula de tamanho ultrafino, feldspatos (representado pelos alcalinos e alcalinos terrosos), micas não hidratadas (como biotita e muscovita), compostos de ferro e titânio, sais solúveis, matéria orgânica e resíduos carbonáticos (PEDROTI, 2011).
Quando da adição de uma certa quantidade de água, a argila forma uma pasta moldável, e essa pasta pode ser endurecida quando submetida ao calor tornando-a rígida e adquirindo elevada dureza (SILVA, 2009).
É de grande importância a composição química das argilas para se ter uma estimativa do comportamento deste material e suas funções dentro da massa cerâmica (PEDROTI, 2011)
A sílica (SiO2), por exemplo, proveniente do quartzo livre, possui elevada resistência mecânica e química, dureza sete na escala de Mohs e é refratário (possui alto ponto de fusão).
Um aumento de sílica proporcionada por um aumento da quantidade quartzo livre poderá ter consequências diretas na perda da resistência mecânica a seco, mas também melhora a resistência ao impacto e diminuição do tempo de secagem, proporcionado pelo aumento da permeabilidade da peça (PEDROTI, 2011).
Já a alumina (Al2O3), é um dos compostos mais presentes na argila, ficando atrás somente da sílica. A quantidade de minerais argilosos e a plasticidade serão determinados pelo percentual de alumina. No processo de sinterização água e a alumina se combina com a sílica formando um composto cristalino em formas de agulhas, contribuindo para um aumento da resistência mecânica da peça (PEDROTI, 2011).
O óxido de cálcio e magnésio (MgO e CaO) atuam como modificadores dos poderes de fundência, mas pode influenciar negativamente a tonalidade final dos produtos, os gases provenientes das reações na queima, se acumulam nos poros diminuindo a retração neste processo (PEDROTI, 2011).
As argilas usadas na produção da cerâmica vermelha são agrupadas ainda em argilas plásticas e não plásticas, dependendo respectivamente da maior ou menor quantidade de coloides (SILVA, 2009).
As argilas plásticas chamadas de argila gorda, são caracterizadas pela alta plasticidade, granulometria fina e composta essencialmente por argilominerais. Estas sofrem muita deformação no cozimento por causa da alumina (MOTTA, 2001).
As argilas não plásticas, são ricas em quartzo e menos plástica, podendo ser caracterizada também como material redutor de plasticidade. Recebem a designação de argilas magras, sendo estas por sua vez, mais porosas e frágeis devido a sílica (MOTTA, 2001).
Essa formulação busca sempre um equilíbrio entre plasticidade e fusibilidade, contribuindo para uma melhor trabalhabilidade e resistência mecânica após a queima (MOTTA, 2001).
A Figura1 a seguir mostra o diagrama de Winkler que relaciona a granulometria (representada pela porcentagem de argila, silte e areia) da argila com o tipo com o tipo de produto que será fabricado.
Fonte: (PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997)
Neste diagrama de Winkler as inserções dos pontos das amostras são feitas respeitando os três critérios de granulometria do triângulo. Na parte esquerda encontramos a porcentagem de material com tamanho dos grãos menores que 0,002 mm, ou seja, é a porcentagem de argila existente na amostra. O lado inferior do triangulo, que representa o Diagrama de Winkler, se refere a porcentagem de silte presente na amostra (partículas com diâmetro entre 0,002 e 0,02mm). Por fim o lado esquerdo do triangulo representa a porcentagem de areia (grãos maiores que 0,02 mm) (PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997).
Os materiais plásticos são fundamentais para a conformação das peças cerâmicas, pois melhora a trabalhabilidade e resistência mecânica a cru; já no processo do cozimento, traz melhorias em sua estrutura e coloração (MOTTA, 2001)
Os materiais não plásticos apresentam efeitos significativos na conformação e secagem, pois diminuem a retração e facilitam a secagem (PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997).
A adição dos desplastificantes nas argilas dificulta sua interação com a água causando pontos de descontinuidade das forças de coesão entre as partículas, produzindo poros que facilitam a movimentação dos líquidos do interior para superfície da peça. Estes
Figura 1 -Diagrama De Winkler
desplastificantes não podem ser adicionados exageradamente, pois a peça ira sofrer uma perda significativa da resistência mecânica (PRACIDELLI e MELCHIADES, 1997).
No processo térmico é onde o material desplastificante desempenha papel principal, controlando as transformações, deformações e sinterização. Por isso, esses materiais são designados como inertes, vitrificantes e fundentes (MOTTA, 2001).
Entre estes minerais não argilosos estão inclusos o pedregulho, o quartzo e o feldspato.
O quartzo é um elemento não reativo, mas tem a função de formar vidros quando ultrapassa seu elevado ponto de fusão. E o feldspato auxilia diminuindo o ponto de fusão pois se consegue a formação de vidro em temperaturas bem abaixo da do quartzo (CALLISTER JUNIOR, 2008).
3.1.3 O Setor Cerâmico
O setor cerâmico pode ser dividido em vários segmentos: cerâmica vermelha ou estrutural, cerâmica de revestimento, de refratários, louça sanitária, isoladores elétricos de porcelana, louça de mesa, cerâmica artística, filtros cerâmicos de água para uso doméstico, cerâmica técnica e isolantes elétricos e térmicos, além dos fabricantes de matérias-primas sintéticas para cerâmica, entre outras (SANTOS, 2003).
De acordo com Bauer (2008), a classificação que se segue na prática, embora não seja muito acadêmica, pela construção civil são:
• Materiais cerâmicos secos ao ar;
• materiais cerâmicos de baixa vitrificação;
• materiais cerâmicos de alta vitrificação,
• materiais de louça;
• materiais de grês cerâmico.
• refratários;
Pode-se ver os segmentos que representam os setores da cerâmica no fluxograma da Figura 2.
Figura 2 - Segmentos da cerâmica
Fonte: Adaptado de Fiesc 2016
O Brasil tem cerca de 9.071 pequenas empresas cerâmicas produzindo mensalmente cerca de 1,3 bilhão de telhas e 4 bilhões de blocos de vedação e estruturais (SEBRAE, 2015).
Em 2013, estimou-se uma produção de aproximadamente 71 bilhões de peças e faturamento de R$ 21 bilhões (US$ 9,7 bilhões). O consumo praticamente se iguala à produção, sendo o consumo médio brasileiro per capita da ordem de 354 peças/hab., em 2013 (ANUÁRIO ESTATÍSTICO, 2015).
O Estado Potiguar é o terceiro maior produtor nacional de cerâmica vermelha, sendo responsável por 21,25% de total de peças cerâmicas fabricadas no Brasil (SEBRAE, 2015).
Segundo Sebrae (2012), o Rio Grande do Norte (RN) tem 186 cerâmicas em atividade com uma produção de 111.163.000 peças por mês, desse total, 54% são de telhas, 42% de blocos de vedação e 4% outros. Do total dessa produção, cerca de 12% é vendida na própria cidade que produz, 43% para outras cidades do RN e 45% é destinada aos outros estados do Brasil.
Para essa produção o estado do Rio Grande do Norte consome mensalmente 239.591 toneladas de argila. A Região do Seridó, por exemplo, possui 33 empreendimentos cerâmicos, sendo responsável por 57% do total de peças cerâmicas que são produzidas no Estado, utilizando cerca de 42% de toda argila consumida no Rio Grande do Norte (GALDINO, JUNIOR, et al., 2012).
cerâmica
material refratário
fabricação de artefatos refratários de ceramicos (tijolos, ladrilhos e semelhantes.
materiais refratarios aluminos, silicosos, silico-aluminosos, grafitos,pós-extérmicos, chamote e semelhantes.
cerâmica vermelha e revestimentos
placas cerâmicas para revestimento: Azulejos, ladrilhos, porcelana, mosaicos, pastilhas ceramicas,
entre outros materiais de acabamento.
matériais de construção como: Telhas, tijolos, lajotas, canos, manilhas, tubos, conexões, etc.
ceramica branca e louças
artefatos de cerâmica ou barro cozido (penelas, telhas, filtros, velas filtrantes, potes, etc.
fabricaçao de cerâmica branca: louça de mesa cerâmica artitica, ceramica técnica (propiedades especiais para uso
especificos).
3.2 CERÂMICA VERMELHA: PROCESSO PRODUTIVO
As etapas básicas de fabricação da cerâmica vermelha incluem os processos de extração, preparação da mistura, moldagem, secagem e queima, conforme pode ser observado no fluxograma da Figura 3.
Figura 3 - Fluxograma da produção cerâmica
Fonte: ABC 2003
No caso dos tijolos cerâmicos, conforme pode ser visto no fluxograma anterior, diferentes tipos de argilas podem ser usados para a fabricação de uma peça, onde em muitos casos as indústrias as executam de maneira aleatória, sem nenhum estudo prévio das propriedades físicas e químicas (ABC, 2003).
3.2.1 Extração e preparação da massa
O processo da produção da cerâmica inicia-se com a extração de argila, nesse estágio faz-se uma análise minuciosa no teor de argila presente no material, composição granulométrica, profundidade da barreira, umidade e diversos outros fatores que afetam diretamente as propriedades da cerâmica. Essas analises irão auxiliar, por exemplo, para verificar se o material não apresenta muito carbonato de cálcio, ou compostos sulfurosos gerando assim cerâmicas fendilhadas (BAUER, 2008).
Nos locais de extração das argilas o solo é bastante variável, necessitando de um trabalho de separação de lotes de argilas de acordo com as propriedades de plasticidade,
composição, dureza, etc. Este trabalho de separação em lotes tem como objetivo destinar os materiais extraídas para determinados produtos cerâmicos e orientar os processos de preparo desse material (BAUER, 2008).
Após a extração, a argila fica estocada vários meses ou até anos dependendo da exigência dos produtos e das propriedades das matérias primas, esse material fica expostos as intempéries para fermentar a matéria orgânica, aumentando a plasticidade do material e corrigindo as diferenças de tensões que as argilas sofreram na jazida (BAUER, 2008).
Essa fase, chamada de sazonamento, deve ser feita, preferencialmente, num período de maiores altas pluviométricas, pois a umidade acelera este processo; além disso, pesquisas mostram que o sazonamento é essencial para uma melhoria da resistência mecânica e absorção de água da matéria prima, resultando em um produto final de maior qualidade. Mesmo após o processo de sazonamento esse material ainda segue com uma heterogeneidade considerável, podendo ser minimizada com o corte vertical quando se vai transportar esse material para o caixão alimentador (GAIDZINSKIA, 2005).
A mistura argilosa usada para a fabricação dos produtos cerâmicos é composta de várias argilas e no caso da Cerâmica Tavares, cerâmica de onde serão recolhidas algumas das amostras para a realização desta pesquisa, há adição de matérias primas diferenciadas, como o resíduo do granito, apresentado pela camada de cor branca, conforme a Figura 4.
Figura 4 - Estocagem da massa argilosa composta do resíduo
Fonte: Autoria própria (2016)
Os resíduos do granito e as argilas são empilhadas em camadas horizontais, a altura de cada camada é estimada de acordo com a porcentagem do material argiloso usado na mistura.
Para o início da produção, fazem-se cortes verticais no talude com o auxílio de uma retroescavadeira, retirando parte de cada camada que são posteriormente homogeneizadas.
A argila, no estado como minerado, usualmente têm que passar por um processo de moagem, obtendo assim um produto pulverizado contendo desejadas faixas de tamanhos de partículas com tamanho reduzido (CALLISTER JUNIOR, 2008).
Após a redução granulométrica dos grãos da matéria prima argilosa, esta deve ser integralmente misturada com água e talvez outros ingredientes para dar características de escoamento que sejam compatíveis com a particular técnica de conformação. A peça conformada deve ter suficiente resistência mecânica para permanecer intacta durante as operações de transporte, secagem e queima (CALLISTER JUNIOR, 2008).
3.2.2 Moldagem
O bloco cerâmico popularmente conhecido como tijolo, tem seu processo de fabricação através da moagem e homogeneização da argila, sendo moldados os blocos conforme NBR15207-1/2005 e normas complementares citadas na mesma, as quais determinam as características destes produtos (HENTGES, 2012).
O processo de moldagem é o responsável pela conformação da pasta cerâmica com a finalidade de se obter as formas do produto cerâmico desejado. Existem vários tipos de moldagem desde a moldagem a seco, com menos de 10% de água, até a moldagem com pasta fluida, atingindo até 50% de água. A escolha do método de moldagem mais adequado será influenciada pelo tipo e característica da matéria prima, da geometria da peça cerâmica que se deseja e também do tipo de forno (BAUER, 2008).
Para a conformação por extrusão, costuma-se utilizar de 20% a 35% de água (BAUER, 2008). Também conhecido por moldagem hidroplástica, este método usualmente consiste em forçar a massa cerâmica passar por uma matriz com geometria de seção transversal desejada, geralmente utilizando-se de uma câmara de vácuo afim de aumentar a densidade da massa.
(CALLISTER JUNIOR, 2008). A Figura 5 mostra uma máquina extrusora, utilizada no processo de conformação dos produtos cerâmicos.
Figura 5 - Processo de extrusão
Fonte: Autoria própria
Esta máquina extrusora utilizada para conformação de vários produtos cerâmicos, tais como: telhas, tijolos, lajotas, entre outros. O procedimento para fabricar outros produtos cerâmicos na máquina extrusora difere basicamente com a troca da boquilha, mudando assim a geometria da peça que sai da máquina extrusora.
A adição de materiais não plásticos diminui a plasticidade da mistura, que por sua vez, necessita de maiores pressões para a extrusão, mas esse acréscimo de pressão na extrusora muitas vezes torna inviável por causa do maior consumo de energia e desgaste do maquinário.
A melhor solução na maioria das vezes é adicionar mais água para que se obtenha uma plasticidade ideal de trabalho e para que esta água acrescida não influencie negativamente na mistura, pois os desplastificantes tem propriedades especiais que auxiliam na secagem e na diminuição da retração (PRACIDELLI; MELCHIADES, 1997).
3.2.3 Secagem
O processo de secagem é a etapa onde se obtém um aumento na resistência mecânica da peça devido a retirada de parte da água absorvida, causando uma densificação. Esta densificação é decorrente de um incremento das forças de ligações entre as partículas, e uma contração volumétrica que é diretamente proporcional ao volume de água interpartículas removido (SILVA, 2009).
Essa etapa é bastante importante para se diminuir a fissuração das peças quando submetidas a queima, pois a secagem retira gradativamente a água responsável pela maior
retração da peça, por isso, esse processo precisa ser bem elaborado devendo ser rápido para dar produção, mas também, evitando ocorrer uma perda de umidade muito maior na superfície do material, o que dificultaria a movimentação de líquidos do interior da peça para a superfície, causando assim, uma variação diferencial de volume, o que acarretaria em um empenamento e fendilhamento da peça (VAN VLACK, 1973).
A secagem é realizada em galpões cobertos ao abrigo do sol e com ventilação apropriada para que não ocorra problemas nas peças como fissuração e empenas, conforme a Figura 6.
Figura 6 - Processo de secagem dos blocos cerâmicos
Fonte: Autoria própria 3.2.4 Queima
A queima ou sinterização é o processo onde ocorre um conjunto de transformações através da aplicação de altas energias térmicas na peça. Nesta etapa a peça ganha a resistência mecânica final desejada da cerâmica, diminuindo a porosidade e fortificando as ligações interatômicas que antes eram fracas (PINHEIRO, 2016).
A sinterização pode ser definida como um processo onde as pequenas partículas ligam- se por difusão no estado solido, ocorre a altas temperaturas e é responsável por transformar um compacto poroso em um produto resistente e denso. Esse processo atende as exigências técnicas para a cerâmica vermelha e são mais aplicados em produtos como telhas e blocos estruturais cerâmicos (SILVA, 2009).
Durante o processo de fabricação a queima é uma das etapas que merece atenção para evitar a perda de água repentina causando excessiva retração e consequente fissuração (HENTGES, 2012).
A temperatura usualmente utilizada para a queima do material cerâmico varia entre 900°
a 1400° dependendo do tipo da matéria prima utilizada e das propriedades finais requeridas da peça cerâmica. Umas das principais reações que ocorre na queima é a vitrificação, onde é gradualmente formado um vidro líquido que vai preenchendo os vazios do corpo cerâmico. O grau de vitrificação é definido pela temperatura e permanência do tempo nesta, como também, a composição da matéria prima influencia diretamente, uma vez que, existe os agentes fundentes como é o caso dos feldspatos atuando de forma a diminuir a temperatura de formação de fase líquida. (CALLISTER JUNIOR, 2008).
De acordo com Pedroti (2011), no processo de queima ocorre transformações físicas tais como:
• Desidratação: perda da umidade, de capilaridade e de água adsorvida;
• Dilatação e retração térmica: variação dimensional das placas nos processos de aquecimento e resfriamento;
• Transformações alotrópicas: mudança do arranjo cristalino de determinados materiais, como por exemplo, a transformação do quartzo de α para β a 573 ºC;
• Fusão: mudança de estado físico do sólido para líquido;
• Sinterização: o material ainda no estado sólido é transportado de uma região de interface entre duas ou mais partículas;
Também no processo de queima ocorrem reações químicas que são (PEDROTI, 2011):
• Perda da água de constituição: esta água é integrada na estrutura cristalina dos argilominerais;
• Decomposição de matéria orgânica;
• Decomposição de carbonatos: CaCO3 → CaO + CO2;
• Aumento de oxidação dos óxidos de ferro e enxofre;
• Formação de novas fases: como por exemplo a mulita.
No processo de sinterização ocorre várias transformações físicas e químicas (ROCHA
& XAVIER, 2000):
• Até 110°C: A água de capilaridade e amassamento é evaporada.
• A partir de 300°C a 400°C: Ocorre uma perda da água adsorvida; A argila ganha rigidez.
• Entre 600ºC e 800ºC: Perda da água de constituição; Combustão da matéria orgânica;
Decomposição da pirita (𝐹ⅇ𝑆2 → 𝐹𝑒2𝑂3), sendo esta reação responsável pela coloração decomposição dos hidróxidos;
• Entre 800 e 950°C: Calcinação dos carbonetos em óxidos; Decomposição dos sulfetos;
• A partir de 950°C: Inicio da vitrificação; A sílica juntamente com o feldspato, formam uma pequena quantidade de vidro que aglutina os demais elementos promovendo um ganho, após o resfriamento das propriedades, de dureza, resistência e compactação do conjunto.
3.3 PROPRIEDADES PRINCIPAIS DOS PRODUTOS CERÂMICOS 3.3.1 Propriedades Elásticas
Todo corpo quando submetido a tensões sofre uma leve deformação, se esta tensão for suficientemente pequena ou o tempo de aplicação for curto, essa deformação é revertida quando a tensão é cessada, neste caso houve uma deformação elástica. Para medição física de tal propriedade temos o módulo de elasticidade, que relaciona a tensão aplicada e a sua deformação produzida no corpo (BAUER, 2008).
O módulo de elasticidade (E) é medido através da tensão (Ơ) necessária para produzir uma deformação unitária (Ɛ). Assim quanto maior o modulo de elasticidade maior será a tensão elástica suportada pelo material. Os materiais cerâmicos possuem elevado módulo de elasticidade (107 a 6x107 psi), esse elevado valor deve-se as ligações interatômicas fortes, além de índices tais como, o ponto de fusão e dureza que também podem dá uma ideia desse valor do módulo de elasticidade (VAN VLACK, 1973).
Devido a o elevado valor do módulo de elasticidade as cerâmicas têm o comportamento de ruptura frágil, uma vez que a estrutura do material sofre o mínimo de deformação antes do seu rompimento (VAN VLACK, 1973).
Os valores dos módulos de elasticidade são diretamente proporcionais a temperatura de fusão dos materiais, conforme pode ser observado na Tabela 1.
Tabela 1 - Módulos de elasticidade versus temperatura de fusão Composto Modulo de elasticidade
médio (106psi) Temperatura de fusão (°C)
Carbeto de titânio 45 3180
Tugstênio 60 2996
Carbeto de silício 50 >2800
Periclásio (MgO) 30 2800
Berílio(BeO) 45 2585
Espinélio(MgAl2O4) 35 2160
Coríndon(Al2O3) 53 2050
Ferro 30 1539
Cobre 16 1083
Halita (NaCl) 5 801
Alumínio 10 660
Magnésio 6 650
Poliestireno 0,4 <300
Nylon 0,4 <300
Borracha 0,01 <300
Fonte: VAN VLACK, 1973
3.3.2 Resistencia mecânica
A temperatura ambiente, as cerâmicas normalmente se fraturam antes que sobrevenha qualquer deformação plástica quando submetido a tração. Esta fratura é conhecida como fratura frágil, consiste na formação e propagação de trinca na seção reta da peça perpendicular à carga que foi aplicada. Essa trinca normalmente tende a seguir os grãos e planos cristalográficos específicos. Mas a resistência a fratura medida é menor que as forças interatômicas previstas, pois pequenas falhas que existem no corpo cerâmico promovem concentração de tensão, amplificando as tensões nestes locais, isso confere aos produtos cerâmicos a característica de menor capacidade de absorver esforços trativos. (CALLISTER JUNIOR, 2008).
Diferentemente da tensão de tração, a cerâmica resiste bem a esforços de compressão, uma vez que, tensões de compressão não são influenciadas por amplificadores de tensão decorrentes dos defeitos da cerâmica. Um fator que se deve levar em conta para um aumento
de tensão no processo de compressão é a porosidade que diminui a área da seção reta sujeita aos esforços e os poros isolados geram concentradores de tensões (CALLISTER JUNIOR, 2008).
3.3.3 Porosidade
O processo de sinterização que é submetido as cerâmicas produz porosidade no corpo cerâmico. Essa porosidade pode ser benéfica, para fixar a argamassa a peça cerâmica, ou dependendo do tipo de empregabilidade do produto final essa porosidade poderá ter efeito negativo acarretando somente perda da resistência mecânica da peça. (RICHERSON, 1992).
A porosidade do bloco cerâmico é uma propriedade intrínseca do material constituinte da construção civil, este parâmetro é essencial para sabermos a quantidade de água que este bloco absorve (HENTGES, 2012).
Os poros conectados a superfície são chamados de poros abertos estes são mais prejudiciais a resistência da peça cerâmica, pois permitem a entrada de agentes externos como a umidade, fazendo com que, a cerâmica sofra o fenômeno da eflorescência e também muitas trincas normalmente começam em falhas na superfície do material. Por sua vez, os poros fechados, que não estão conectados com a superfície, são formados por poros anteriormente abertos que foram fechados pela sinterização ou foram formados pelos gases que não conseguiram se desprender do material (RICHERSON, 1992).
Os poros da peça cerâmica influencia na absorção de água do corpo cerâmico, quando a cerâmica é emergida em água, ela penetra nos poros aparentes da peça, aumentando assim a massa do material, este incremento de massa definido em percentual determina o valor de absorção da peça cerâmica (RICHERSON, 1992).
Os parâmetros de absorção de água, obtidos em ensaios laboratoriais, são essenciais para podermos estudar o produto e melhorar suas características, evitando patologias oriundas da umidade por ascensão capilar, tais como, manchas, eflorescência e desprendimento da argamassa (HENTGES, 2012).
A granulometria da matéria prima argilosa e as matérias orgânicas presentes, interferem no resultado do produto, durante a queima do bloco os resíduos orgânicos presentes na mistura são dissipados, gerando assim os poros, advertindo que segundo a NBR 7171/1992NBR15270- 1/2005 a absorção de água pelo bloco deve estar entre 8% e 25%, fora destes parâmetros existe a propensão de haver patologias nas obras civis (HENTGES, 2012).
3.3.4 Retração
A retração linear de secagem é a variação das dimensões que o corpo de prova sofre pela retirada da água do produto cerâmico no processo de secagem. E a retração de queima é provocada pela saída dos gases de decomposição e pela densificação do material. O conhecimento de tal parâmetro é necessário para controlar as dimensões do produto acabado.
Para se determinar tais variações das dimensões é utilizado o paquímetro medindo as dimensões dos corpos de prova antes e depois dos processos de secagem e queima. (ZACCARON, 2014).
A retração não é absolutamente uniforme, se essa retração for muito acentuada pode vir a causar deformação e contribuir para a fissuração da peça cerâmica, também o excesso de retração dificulta o padrão das dimensões da peça, cujas tolerâncias de dimensões para os blocos cerâmicos são especificadas pela NBR15270-1/2005 Bloco cerâmico para alvenaria (BAUER, 2008).
3.4 PRODUTOS DA CERÂMICA VERMELHA
A cerâmica vermelha produz uma variedade de produtos, tais como telhas, tijolos, blocos estruturais, lajotas, manilhas, pisos para revestimentos, entre outros produtos. A Figura 7 mostra alguns desses produtos que são fabricados na cerâmica vermelha.
Figura 7 - Mostruário de produtos fabricados na Cerâmica Tavares
Fonte: Autoria própria 3.4.1 Bloco cerâmico de vedação
De acordo com a NBR 15270-1 – Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação, os componentes cerâmicos denominados blocos de vedação são fabricados por conformação plástica de matéria prima argilosa, podendo também conter aditivos e são queimados em altas temperaturas. Estes blocos possuem furos prismáticos perpendiculares as faces que os contêm, usualmente os blocos são utilizados com estes furos na horizontal para a construção de paredes de vedação, mas também existem modelos que são fabricados para serem utilizados com os furos na vertical conforme mostrado na Figura 8.
Figura 8 - Blocos cerâmicos de vedação com furos na horizontal e vertical
Fonte: (ABNT, 2005)
Esses blocos constituem os componentes das alvenarias internas ou externas e sua função é somente de vedação e resistir aos esforços do seu próprio peso, havendo assim, a necessidade de um componente estrutural para resistir a outros esforços verticais (ABNT, 2005).
De acordo com a ABNT NBR15270/2005 - Blocos cerâmicos para alvenaria de
vedação - Terminologia e requisitos, para a análise dos blocos cerâmicos de vedação a define:
• Amostra: Representada por um conjunto de blocos retirados aleatoriamente do lote para determinação de algumas das suas propriedades geométricas, físicas ou mecânicas;
• Área da argamassa: Área da seção de aplicação da argamassa de assentamento;
Área bruta: Área da seção delimitada pelas arestas do bloco destinada ao assentamento sem desconto dos furos quando houver;
3.4.2 Características do tijolo cerâmico
De acordo com a NBR 15270-1 o bloco cerâmico de vedação não deve apresentar características visuais de defeitos, ou seja, não devem apresentar defeitos sistemáticos, tais como quebras superfícies irregulares ou deformações que impeçam seu emprego em certas funções especificas (ABNT, 2005).
As características geométricas do bloco cerâmico de vedação levam em considerações as medidas das faces (medidas efetivas do tijolo), espessuras das paredes internas (septos) e externas do bloco, devem se verificar o desvio em relação ao esquadro, planeza das faces e a área bruta. Estas características são determinadas pelos ensaios da NBR 15270-3- Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação - métodos de ensaio. (ABNT, 2005)
Para o tijolo cerâmico em estudo as medidas padrões são de 9 centímetros de largura, 19 centímetros de altura e comprimento. Essas medidas são padronizadas pela NBR 15270- 1/2005 e devem obedecer um desvio padrão mínimo.
A NBR 15270-1/2005 estabelece um desvio mínimo de cinco milímetros para mais ou para menos em cada medida de um tijolo cerâmico individualmente e um desvio padrão mínimo de três milímetros para mais ou para menos da média de cada medida de todos os dos tijolos ensaiados. (ABNT, 2005).
Para as características físicas a NBR 15270-1/2005, ainda leva em consideração a absorção d’agua, que não deve ser inferior a 8% nem superior a 22%, e a resistência a compressão que para tijolos cerâmicos com furos usados na vertical é de no mínimo 1,5 MPa.
3.5 ROCHAS ORNAMENTAIS 3.5.1 O setor de rochas ornamentais
As rochas ornamentais, também designadas pedras naturais, rochas lapídeas, rochas dimensionais, rochas de revestimento e materiais de cantaria, envolvem os materiais geológicos naturais podendo ser extraídos em blocos ou placas, cortados em formas variadas e beneficiados por meio de esquadrejamento, polimento, lustro, etc. Seu campo de aplicação é vasto, incluem tanto peças isoladas, como esculturas, tampos e pés de mesa, balcões, lápides e arte funerária em geral, além de se destacarem como revestimentos internos e externos de paredes, pisos, pilares, colunas, soleiras, dentre outros nas edificações. (ANUÁRIO ESTATÍSTICO, 2015).
O Brasil está inserido entre os maiores produtores e exportadores de pedras ornamentais.
Segundo Chiodi (2015), podemos analisar a dimensão do setor de rochas ornamentais em 2015, através dos seguintes números:
• Produção estimada de 9,5 milhões de toneladas de rochas ornamentais (7% da produção mundial);
• 1200 variedade comerciais comercializadas no mercado interno e externo;
• Pedreiras ativas em torno de 1500;
• 10 mil empresas atuando na cadeia produtiva;
• 120 mil empregos diretos no setor;
• Capacidade de produção de 50 milhões de m²/ano de rochas de processamento simples;
• Consumo interno de 70,3 milhões de m²/ano, incluindo rochas de processamento simples e especial;
• 1,21 bilhão de dólares (6% do total mundial) e 2,32 milhões de toneladas (5% do total mundial);
• Exportações de 22,6 milhões de m² equivalentes, de granitos e similares, em chapas com 2 cm de espessura;
• Principal fornecedor para o mercado dos Estados Unidos (792,2 milhões de dólares exportados);
• Maior e melhor produtor mundial de chapas (capacidade de 93 milhões de m² /ano);
• 320 teares multifio diamantados em operação (100 teares de fabricação nacional).
O estado do Rio Grande do Norte (RN), produz e exporta produtos pétreos de reconhecida aceitação no mercado internacional de rochas ornamentais. Os principais produtos negociados no mercado externo são as rochas pegmatoides de coloração rósea, em Currais Novos; os meta-conglomerados de coloração esverdeada, no município de Parelhas conhecidos comercialmente como Verde Fashion e Verde Gaugan e de tonalidades branca a cinza esbranquiçado, tendo como nome comercial de Branco Borborema; e os ortognaisses de coloração rósea-avermelhada, no município de Lajes entre outras (ANGELIN, 2007).
Entre os minérios do Rio Grande do Norte, as reservas de rochas ornamentais (granito e afins) são consideradas as mais valorizadas monetariamente (FIERN, 2011-2015). De acordo com o Anuário Estatístico do RN, em 2013 as reservas de granito medidas somaram 1.306.786.513 toneladas, sendo considerada a maior reserva em termos de valor monetário do RN entre os minerais metálicos e não-metálicos. No ano de 2013 o RN comercializou 33.476
toneladas de rochas ornamentais (granitos e afins) (ANUÁRIO ESTÁTISTIO DO RIO GRANDE DO NORTE, 2014).
No município de Parelhas afloram as rochas graníticas constitui litotipo de rara beleza tendo grande aceitação no mercado internacional, sendo negociado no mercado externo por um preço de US$ 900,00/m3 (ANGELIN,2007).
3.5.2 Composição do granito
Para análise de mercado as rochas ornamentais são basicamente compostas por granitos (rochas silícaticas), os mármores (rochas carbonáticas) e outros tipos litológicos como os quartzitos, serpentinitos, travertinos, calcários (limestones) e ardósias. (CHIODI FILHO e RODRIGUES, 2009).
Os Granitos são enquadrados como rochas ígneas. No setor de rochas ornamentais e de revestimento, o termo granito (granite) designa um amplo conjunto de rochas silicáticas, abrangendo monzonitos, granodioritos, charnockitos, sienitos, dioritos, diabásios/basaltos e os próprios granitos. A composição mineralógica dominante das rochas graníticas e granitóides é basicamente quartzo, feldspatos, micas (biotita e muscovita) e anfibólios, podendo encontrar também piroxênios e olivina. (CHIODI FILHO e RODRIGUES, 2009).
Macroscopicamente pode-se determinar os minerais predominantes do granito comercial. O quartzo que se apresente como mineral incolor ou translúcido, é um mineral muito comum nos granitos, podendo em alguns casos apresentar-se na cor azulada. O feldspato se - apresenta normalmente com coloração avermelhada, rosada e creme- acinzentada. A cor negra variavelmente impregnada nas rochas silícaticas é representa pelos minerais anfibólios (hornblenda) e as micas (biotita) (CHIODI FILHO e RODRIGUES, 2009).
3.5.3 Processo de Geração de resíduos
As marmorarias contribuem significativamente para a produção dos resíduos sólidos, através do beneficiamento de rochas ornamentais. No caso do granito seu total processamento inclui quatro frentes de geração de resíduos, que são os resíduos da lavra (produzidos pela extração dos blocos na jazida), resíduo do corte do granito (na transformação dos blocos em placas), resíduo do polimento superficial das placas de granito e por fim o resíduo do corte destas placas (ALVES, 2008).
A cerâmica em estudo utiliza o resíduo produzido nas etapas de corte e beneficiamento que são processos que geram bastante resíduo. Estima-se que o Brasil gera, anualmente, cerca de 400.000 toneladas de resíduos somente nestes processos de corte e de polimento de granitos (ALVES, 2008 apud SINROCHAS-MG, 2003).
A etapa de beneficiamento tem como objetivo o tratamento final da rocha, adequando as chapas às especificações de dimensões e acabamento superficial de acordo com as exigências do mercado consumidor (SOUSA, 2007). A Figura 9 mostra o bloco no processo de desdobragem realizado com o fio diamantado, onde o bloco bruto é fatiado em chapas.
Figura 9 - Processo de serragem do bloco
Fonte: Autoria própria
No processo de desdobragem ou serragem os blocos são cortados em placas com espessuras próximas as desejadas pelos produtos finais. Nesta etapa são utilizados equipamentos robustos, constituído por colunas que sustentam um quadro composto por lâminas de aço carbono, que através de movimentos angulares cortam os blocos (SOUSA, 2007).
Para auxiliar o corte é utilizado uma polpa abrasiva que diminui o atrito das lâminas com a rocha, essa lama é composta por água, granalha de aço (elemento abrasivo) e cal (como antioxidante). As empresas mais tecnológicas utilizam o ecotear que dispensa o uso da lama abrasiva e ainda se consegue um corte mais rápido e eficiente deixando a superfície das chapas bem mais acabadas que o processo que utiliza o tear tradicional (SOUSA, 2007).
Posteriormente ao corte do bloco em chapas segue o processo de polimento produzindo chapas polidas, onde se pode comercializar posteriormente desta forma, ou pode ser ainda
cortada, afim de oferecer as dimensões especificadas para empregos como ladrilhos, pias, mesas, balcões, entre outros (SOUSA, 2007). A Figura 10 mostra a chapa que acabou de passar pelo processo do polimento.
Figura 10 – (A) Chapa de granito após o polimento; (B) Local de estoque das chapas após o beneficiamento.
Fonte: Autoria própria
Para conseguir o acabamento desejado (polido), as maquinas são dotadas de rebolos abrasivos que em constante rotação, são postos em contato com a superfície das rochas anteriormente cortadas produzindo um atrito abrasivo que uniformiza a superfície das chapas, para melhor eficiência e para diminuir a proliferação de pó no ambiente, é adicionado água que produz uma lama abrasiva de granulometria muito fina, que vai sendo depositadas em tanques (SOUSA, 2007). A Figura 11 mostra o local onde as chapas de granito, após o polimento, são estocadas para posteriormente serem transportadas aos mercados.
Figura 11 - Fluxograma do processo de geração de resíduo
A B
Exploração e exportação
Bloco Fio diamantado Chapas brutas Polimento Chapas polidas
Residuo do polimento Resíduo do
corte Resíduo da lavra
Fonte: (ALVES, 2008 apud GONÇALVES, 2000)
Em 2014, no Brasil, houve uma produção de 10,13 milhões de toneladas de rochas ornamentais, sendo que desta produção, aproximadamente 25% deste volume é de resíduo gerado e descartado desordenadamente no ambiente. (CHIODI, 2015; PEDROTI, 2011 apud MOREIRA ET AL., 2003).
Logo temos a grande necessidade de reaproveitar esses resíduos e dá a eles uma melhor destinação. A caracterização e desenvolvimento de tecnologias para a viabilização do uso de resíduos envolve fatores econômicos e sociais. A escolha pelo aproveitamento de resíduos envolve o atendimento dos seguintes critérios:
• Geração em grandes volumes;
• Baixo custo de aquisição;
• Propriedades que proporcionem bom desempenho para aplicações desejadas;
• Questão de problemas ambientais relacionados a estocagem, que após sua utilização minimizem ou eliminem este problema (ALVES, 2008).
Um fator fundamental para orientar a utilização de um resíduo é a classificação do mesmo, servindo de suporte para as decisões técnicas e econômicas nas etapas de transformação deste material, como manipulação, armazenagem, coleta, transporte e disposição final, onde dependendo da classificação, tais técnicas deverão ser diferenciadas e cuidados necessários (ALVES, 2008).
O conjunto de normas da NBR 10.004/2004 (nome completo da norma!) – Classificação; NBR 10.005/2004 - obtenção de lixiviado; NBR 10.006/2004 - obtenção de solubilizado; NBR 10.007/2004 – amostragem, constitui ferramentas significativas para orientar na classificação dos resíduos industriais visando também seu gerenciamento.
Os resíduos perigosos (classe I) são aqueles que contêm alguma periculosidade, promovida através das suas propriedades físicas, químicas e infectocontagiosas, causando risco de morte, de doenças e riscos ao meio ambiente, engloba nesta classe os resíduos inflamáveis, corrosivos, reativos, tóxicos e/ou patogênicos. Se o resíduo não apresentar estas características, ele irá se enquadrar na categoria de resíduo não perigoso (classe II) (ABNT, 2004a).
Para a identificação do tipo de resíduo podemos consultar a tabela a seguir, que enquadra o resíduo do beneficiamento do granito como resíduo de minerais não metálicos, obtendo assim o código A011 para sua identificação junto a norma.
Tabela 2 - Codificação de alguns resíduos classificados como não perigosos Codigo de
identificação
Descrição do resíduo Código de identificação
Descrição do resíduo A001 Resíduo de restaurante
(restos de alimentos)
A009 Resíduo de madeira A004 Sucata de metais ferrosos A010 Resíduos de materiais
têxteis A005 Sucata de metais não
ferrosos (latão, etc.)
A011 Resíduos de minerais não metálicos
A006 Resíduos de papel e papelão A016 Areia de fundição A007 Resíduos de plástico
polimerizado
A024 Bagaço de cana
A008 Resíduos de borracha A099 Outros resíduos não perigosos Fonte: NBR 10004 (abnt, 2004a).
De acordo com a NBR 10004/2004 os resíduos não perigosos (classe II) são dividido em:
• Não inertes (Classe II A): caso possuam propriedades como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;
• Inertes (Classe II B): são aqueles que em contato com água à temperatura ambiente, conforme NBR 10.006 (solubilização), não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, a exceção de cor, turbidez, dureza e sabor.
O resíduo de corte do granito no tear multifio é classificado como não inerte (classe IIA) devido à alta quantidade de alumínio e fenóis totais. A massa cerâmica com adição de até 25%
desse resíduo, torna a massa cerâmica como inerte de acordo com a NBR 10004/2004, contribuindo para utilização ecológica desse resíduo, como matéria prima na fabricação de cerâmica (PIZETTA & GADIOLI, 2014).
3.5.4 Tratamento e disposição final dos resíduos de beneficiamento do granito
Os resíduos do beneficiamento do granito são normalmente descartados em rios, lagos e em locais próximos a essas empresas de beneficiamento, causando danos a fauna, flora e a população local, principalmente quando este material se encontra seco formando pó. Apesar das vastas pesquisas bem sucedidas sobre a reciclagem desses resíduos industriais, o uso prático
ainda é pouco difundida pelos empresários do Brasil (MENEZES, NEVES, e FERREIRA, 2002).
De acordo com Vidal, Azevedo e Castro (2013) a legislação ambiental do Brasil é muito rígida e tem evoluído muito nos últimos anos. Atualmente a grande maioria das empresas beneficiadoras de rochas fazem o tratamento do resíduo depositando em aterros licenciados, buscando sempre soluções técnicas para o seu reaproveitamento e a água utilizada nestes processos é recirculada continuamente, sendo apenas completada com as perdas que ocorrem na evaporação e umidade do resíduo.
As associações setoriais de rochas estão cada vez mais investindo em treinamento e sustentabilidade em suas operações mineradoras, obtendo retornos expressivos no que diz respeito a competitividade e melhoria na qualidade dos produtos contribuindo para a conquista novos mercados (PIZETTA; GADIOLI, 2014).
Existem diversos produtos disponíveis no mercado para o tratamento de efluentes. A Figura 12 demostra o processo que utiliza silos de decantação e filtros de prensa que são responsáveis por desidratar a lama gerada no processo de beneficiamento do granito.
Figura 12 - Modelo de sistema de tratamento de efluentes
Fonte: Grupo Ventowag, acesso em: 07 set. 2016.
Basicamente neste sistema a lama passa por processos de decantação e prensagem, onde o resíduo é desidratado, facilitando sua remoção e cerca de até 95% da água é reaproveitada para ser reintroduzida no processo. (GRUPO VENTOWAG, 2011).
Durante o processo de beneficiamento do granito todo resíduo produzido é transportado por bombeamento para os silos de decantação. Nos silos de decantação, mostrados na figura abaixo, ocorre a sedimentação de parte do material sólido contido na lama que é produzida no corte e polimento do granito podemos ver conforme Figura 13.
Figura 13 - Silo de decantação (tratamento do resíduo do granito)
Fonte: Autoria própria
Após essa sedimentação, o material líquido com menos partículas em suspensão situado na parte superior do silo é transportado por tubos para tanques que estocarão esta água para ser reintroduzida no processo de beneficiamento do granito.
O material sedimentado, constituído por uma lama viscosa, que fica na parte inferior do silo. Este material é bombeado para o filtro prensa, mostrado na Figura 14 a seguir, onde é realizado a prensagem deste resíduo para se retirar parte da água ainda presente no resíduo.
Figura 14 - Filtro prensa (tratamento do resíduo de beneficiamento do granito)
Fonte: Autoria própria
No processo de prensagem o resíduo é posto entre placas que serão posteriormente deslocadas uma sobre as outras por um pistão hidráulico, promovendo a compressão do resíduo onde parte da água ainda presente é extraída e transportada por uma tubulação para um reservatório onde serão reintroduzidas no processo do beneficiamento do granito. O material que fica entre as placas é um resíduo solido com pouca umidade, como mostrado na Figura 15.
Figura 15 - Resíduo do beneficiamento do granito após prensagem
Fonte: Autoria própria
Após a prensagem as placas são afastadas umas das outras pelo pistão hidráulico. Estas placas sofrem uma vibração desprendendo o resíduo que cairá logo abaixo em um compartimento que será utilizado para a estocagem do resíduo, como mostrado na Figura 16.
Figura 16 - Local de estocagem do resíduo
Fonte: Autoria própria
O resíduo permanecerá estocado até completar a quantidade ideal para sua retirada.
Normalmente a quantidade de resíduo estocada será em torno de 15 toneladas, representado por um caminhão caçamba que realiza o transporte do resíduo até a cerâmica que utiliza esse resíduo.
3.5.5 Utilização do resíduo de rochas ornamentais em cerâmica vermelha
Pesquisas já realizadas sobre a incorporação de resíduos em cerâmica.
“KINGERY et al. (1975) descrevem que no processo industrial, quando o resíduo é adicionado na argila, a grande quantidade de sílica livre contribui para modificar a plasticidade e facilitar a etapa de secagem da argila. No entanto, um excesso de quartzo pode dificultar a extrusão dos artefatos de cerâmica e reduzir a resistência mecânica.”
MENEZES et al. (2000) apresentaram o uso do resíduo de granito como matéria prima em revestimentos cerâmicos. As temperaturas de queima foram de 1050ºC até 1150ºC. A massa cerâmica avaliada continha 24% de argila, 15% de caulim, 31% de resíduo de granito, 10% de calcita e 20% de quartzo. Os resultados indicaram 19,3 MPa de resistência a flexão a 1150ºC sendo classificado pela NBR 13.818 como material semiporoso (BIIb – 18 a 30 MPa) e absorção de água entre 10% e 20%.
FERREIRA et al. (2001) reformularam massas cerâmicas para revestimento cerâmico com introdução de até 34% de resíduo de granito. Os resultados indicaram que as amostras a
