Caracterização de massa cerâmica vermelha utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes - RJ

Characterization of red ceramic body used in the production of bricks in the region of Campos dos Goytacazes - RJ

Caracterização de massa cerâmica vermelha utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes – RJ

(Characterization of red ceramic body used in the production of bricks in the region of Campos dos Goytacazes – RJ)

C. M. F. Vieira¹, J. N. F. de Holanda¹ e D. G. Pinatti²

¹UENF-CCT-LAMAV

Av. Alberto Lamego, 2000, Campos dos Goytacazes, RJ, 28015-650

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²FAENQUIL-DEMAR,

Pólo Urbo-Industrial s/n, Lorena, SP, 12600-000

UNICAMP-IFGW, Cidade Universitária, Barão Geraldo, Campinas, SP, 13083-970

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Resumo

O objetivo deste trabalho é caracterizar uma mistura de argilas utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes-RJ. Com isso, é possível avaliar a possibilidade de aplicação desta massa na fabricação de outros produtos com maior valor agregado, como por exemplo telhas e revestimentos cerâmicos. Foram realizadas análises de composição química, difração de raios-X, análise térmica diferencial/(ATD), análise termogravimétrica (ATG), análise granulométrica e determinação de propriedades físico-mecânicas em função da temperatura de queima. Os resultados demonstraram que a massa cerâmica estudada é apropriada para a fabricação de tijolos maciços e blocos de vedação. Entretanto, para a fabricação de telhas e revestimentos cerâmicos é necessário trabalhar a formulação da massa para a obtenção de propriedades de acordo com as normas técnicas em vigor.

Palavras-chave: Argilas, caracterização, massa cerâmica vermelha.

Abstract

The objective of this paper is to characterize a mixture of clays in the area of Campos dos Goytacazes-RJ used in the fabrication of bricks. It makes possible to evaluate the possibility of application of this body in the production of others products with greater aggregate value, as roof tiles, wall and floor tiles. In this work were realized the following tests: chemical composition, differential thermal analysis(DTA), thermogravimetric analysis(TGA), particle size distribution analysis and determination of physical-mechanical properties in function of the temperature of it burns. The results demonstrated that the ceramic body studied is appropriate for the production of massive and walled bricks. However to manufacture roof tiles, floor and wall tiles it is necessary to manipulate the body formulation to obtain the of properties in agreement with technical norms in use.

Keywords: Clays, characterization, red ceramic body.

INTRODUÇÃO

A argila é uma matéria-prima utilizada na fabricação de uma série de produtos cerâmicos. As razões para isto são: a) apresenta plasticidade; b) apresenta resistência mecânica após queima adequada para uma série de aplicações; c) possibilita a aplicação de técnicas de processamento simples; e d) é disponível em grandes quantidades.

Normalmente, é possível fabricar produtos de cerâmica vermelha com variadas argilas, situadas praticamente em qualquer lugar do mundo e que permitam utilizar diversas técnicas de processamento [1-3]. Entretanto, é de se esperar produtos com propriedades bem diversificadas. Cabe ressaltar que cada região produtora deve se adequar às suas condições sociais, econômicas e tecnológicas e definir o que se quer produzir e para quem.

A região de Campos dos Goytacazes, localizada na região norte do Estado do Rio de Janeiro, apresenta uma grande reserva de argilas, que motivou o desenvolvimento de um pólo de cerâmica vermelha. Atualmente, este pólo cerâmico é responsável por cerca de 40% da produção estadual. É característica local, os depósitos argilosos apresentarem dois tipos de argilas de forma estratificadas. Encontra-se uma argila "gorda" na camada inferior e uma argila "magra", porém de boa plasticidade, na camada superior. É prática comum a extração volumétrica destas argilas numa proporção de 1:1 para a fabricação de tijolos. Esta mistura é determinada de forma empírica, devido principalmente às facilidades de extração das matérias-primas nesta proporção. Ainda, esta mistura apresenta plasticidade adequada para conformação via extrusão, facilidade de secagem e possibilita que se alcance as propriedades finais desejadas de acordo com as especificações de norma.

Neste trabalho, é apresentado um estudo preliminar sobre a caracterização desta mistura de argilas, visando um melhor aproveitamento tecnológico de suas características, como a fabricação de produtos com maior valor agregado.

MATERIAIS E MÉTODOS

A massa cerâmica utilizada foi obtida a partir da desaglomeração do corpo verde de tijolo cerâmico, o qual passou pelos processos de homogeneização, laminação e mistura na maromba (extrusora).

Os corpos de prova utilizados foram barras de seção retangular, com 115 x 25,4 x 10 mm³ e conformados por prensagem uniaxial em 20 MPa. A queima foi realizada em temperaturas de 850 ^oC a 1200 ^oC em forno tipo mufla, sendo os corpos de prova mantidos na temperatura de patamar por 3 horas. A taxa de aquecimento foi de aproximadamente 10 ^oC/min. O resfriamento foi realizado por convecção natural, desligado-se o forno após as peças serem mantidas na temperatura de patamar pelo tempo determinado.

Esta mistura de argilas foi caracterizada sob diversos aspectos: ensaios de composição química, difração de raios-X, análise térmica diferencial (ATD), análise termo-gravimétrica (ATG), limites de Atterberg e análise granulométrica. Foram determinadas também as seguintes propriedades: absorção de água, módulo de ruptura à flexão (3 pontos), retração linear e densidade aparente após queima.

A composição química da massa cerâmica foi realizada por espectrofotometria por emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES) em um espectrofotômetro, marca ARL (USA), modelo 3410.

Os ensaios de análises térmica diferencial (ATD), termo-gravimétrica (ATG) e diferencial termo-gravimétrica (DTG) foram realizados em um analisador térmico simultâneo marca SETERAM com taxa de aquecimento de 5 ^oC/min.

A análise de difração de raios-X foi realizada numa amostra em forma de pó num difratômetro marca SHEIFERT, modelo URD 65, utilizando-se radiação Cu-k_a .

Os limites de Atterberg foram determinados de acordo com as normas NBR 6459-84 e NBR 7180-84, determinando-se o limite de plasticidade, o limite de liquidez e o índice de plasticidade da massa cerâmica estudada.

A análise granulométrica da massa cerâmica foi determinada de acordo com a norma NBR 7181-84. Até tamanho de partícula de 200 mesh, as argilas foram classificadas por peneiramento. Abaixo de 200 mesh, a técnica utilizada foi de sedimentação.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela I mostra os resultados da composição química da massa cerâmica utilizada [4]. Observa-se que a massa cerâmica apresenta teores elevados de óxidos corantes (Fe₂O₃ e TiO₂), resultando numa cor de queima avermelhada. Esta massa cerâmica apresenta deficiência de fundentes (K₂O e Na₂O), os quais são fundamentais para fabricação de pavimentos de baixa porosidade. O teor de MgO pode ser um indício da presença de argilominerais do grupo da mica e/ou de argilominerais esmectíticos. Observa-se também um elevado teor de Al₂O₃,que tende a aumentar a refratariedade da massa.

A Fig. 1 mostra o difratograma de raios-X obtido para a massa cerâmica estudada. Nota-se a presença da moscovita (argilomineral do grupo das micas), evidenciando a presença de magnésio na amostra. O magnésio pode estar presente como cátion octaedral em substituição parcial do alumínio. É observado também a presença de quartzo e montmorilonita. O quartzo é proveniente, em sua maior fração, da argila magra.

A Tabela II apresenta os resultados de variação de massa em função da temperatura, obtidos a partir da curva termogravimétrica. A perda de massa de 1,1%, entre 250-319 ^oC, está relacionada provavelmente a carbonização de matéria orgânica e/ou perda de grupos de OH^- provenientes de hidróxidos. Observa-se que para a faixa de temperatura entre 417-573 ^oC ocorre a maior perda de massa. Tal comportamento é devido a dissociação da água de constituição dos argilominerais. A perda de 0,2% de massa entre 872-957 ^oC pode ser devida ao pequeno percentual de carbonatos presentes na massa cerâmica.

A Fig. 2 mostra as curvas de análises térmicas simultâneas de ATD, ATG e DTG para a massa calcinada à 1150 ^oC. A curva ATD apresenta um pico endotérmico em 84 ^oC, devido a liberação de água "líquida" e um outro pico endotérmico em 278 ^oC, devido provavelmente a liberação de água coordenada aos cátions e/ou perda de hidroxilas provenientes de eventuais hidróxidos. Pode estar havendo o encobrimento de um provável pico exotérmico devido a combustão de matéria orgânica. Há ainda um outro pico endotérmico a 514 ^oC, devido a liberação de água de constituição dos argilominerais. E, por último, a presença de um pico exotérmico em 920 ^oC, que está relacionado a nucleação da mulita ortorrômbica e formação do espinélio silício-alumínio, com provável decomposição de pequena quantidade de carbonatos.

É importante ressaltar que na literatura há ocorrência de um pico exotérmico na faixa de 1120 ^oC em argilas que apresentem alto teor de Fe₂O₃ [5]. Este pico está relacionado com a decomposição da hematita (Fe₂O₃) em magnetita (Fe₃O₄). Este pico não aparece nos termogramas da Fig. 2. Este fato evidencia que um elevado percentual de óxido de ferro presente pode estar agindo como modificador de rede na formação de vidro a partir do quartzo (SiO₂) ou em solução sólida na mulita formada.

A Tabela III mostra os limites de Atterberg da massa cerâmica. Os valores obtidos são considerados apropriados para moldagem por extrusão (LP = 15-25; IP = 10-35) [2].

A Fig. 3 mostra a análise granulométrica obtida para a massa cerâmica estudada. Esta massa apresenta um percentual de argila de 60%, conforme a classificação ABNT. O teor de silte é de 12%. O teor de areia fina da massa é de 28%. De acordo com o diagrama de Winkler [6], a massa cerâmica em questão apresenta uma distribuição de tamanho de partículas bem próxima daquela ideal para fabricação de produtos de qualidade. Pode-se observar a seguinte distribuição: < 2 mm = 52%; 2-20 mm = 16% e > 20 mm = 32%.

A Fig. 4 mostra o comportamento da densidade aparente em função da temperatura de queima da massa cerâmica. Pode-se constatar um elevado grau de densificação a partir de 1050 ^oC. Entretanto, a densidade aparente apresenta valores baixos, indicando que a massa cerâmica não é apropriada para produtos em que se busca elevada densificação. Este comportamento é devido ao elevado teor de quartzo presente na massa e ao seu comportamento refratário.

A Fig. 5 apresenta o diagrama de gresificação da massa cerâmica analisada. Observa-se que a massa não apresenta variações significativas nos parâmetros de retração linear e absorção de água até a temperatura de 950 ^oC. Já entre as temperaturas de 950 ^oC e 1000 ^oC ocorre uma pequena variação destas propriedades. Tal comportamento pode estar relacionado com o início de formação de fase líquida. De 1000 ^oC até 1100 ^oC, aumenta a retração linear e diminui absorção de água. Isto indica a formação de uma maior quantidade de fase líquida, com provável predominância de sinterização por fluxo viscoso (vitrificação) na densificação das peças. Não foi possível constatar uma total eliminação da porosidade aberta, nem inversão da curva de retração linear nos corpos de prova analisados. Isto comprova que esta mistura de argilas apresenta um caráter mais refratário em comparação com os diagramas de gresificação de argilas vermelhas [7, 8].

O valor especificado de absorção de água (AA) para tijolos maciços e blocos cerâmicos (< 25%) [2] é atingido já a partir de 850 ^oC. Para a fabricação de telhas, é necessário atingir valores inferiores a 20%. Estes valores são alcançados a partir de 1000 ^oC. Para a obtenção de revestimentos cerâmicos, foram atingidos valores especificados para revestimento poroso (10%<AA<20%) e semi-poroso (6%<AA<10%) [9] a partir das temperaturas de 1000 ^oC e 1150 ^oC, respectivamente.

Os valores de retração linear (RL) mostram-se satisfatórios até a temperatura de 1100 ^oC. A partir daí, a massa já apresenta valores elevados de retração, mas perfeitamente passíveis de serem corrigidos.

A Fig. 6 mostra os valores do módulo de ruptura à flexão em função da temperatura de queima. Observa-se que a massa utilizada atinge os valores especificados nas normas para a fabricação de tijolos maciços e blocos cerâmicos, que são de 2,0 MPa e 5,5 MPa, respectivamente. Para a obtenção de telhas, o valor especificado de 6,5 MPa é atingido a partir de 950 ^oC. Já para a obtenção de revestimento cerâmico de parede, a resistência mecânica mínima exigida de 12 MPa para produtos com espessura menor que 7,5 mm, é alcançada em temperaturas superiores a 1100 ^oC. Esta temperatura é considerada tecnologicamente elevada para este tipo de produto. Para aplicação como pavimento, a resistência mecânica mínima de 18 MPa não foi alcançada nem a 1200 ^oC.

CONCLUSÕES

Dentre as principais conclusões que podem ser obtidas a partir deste trabalho,

- A massa utilizada é basicamente de predominância caulinítica. Não é observada a presença de um pico exotérmico característico nas curvas de ATD de argilas vermelhas por volta da temperatura de 1120 ^oC.

- Para a fabricação de tijolos maciços e blocos cerâmicos, a massa utilizada apresenta uma composição suficiente para se atingir os valores de absorção de água e módulo de ruptura à flexão exigidos pelas normas. Para a fabricação de telhas, as propriedades exigidas só podem ser alcançadas a partir da temperatura de 1000 ^oC. Entretanto, os valores de absorção de água estão muito próximos do limite máximo aceitável. Sugere-se trabalhar na composição da massa no sentido de aumentar o teor de fundentes, com uma menor adição da argila cinza. Para a obtenção de revestimentos, esta massa mostrou propriedades muito aquém das exigidas. Neste caso, deve-se fazer um estudo de formulação de massa cerâmica de acordo com a tecnologia mais viável a ser empregada na região.

(Rec. 22/07/98, Rev. 18/01/99, Ac. 04/02/00)

Referências bibliográficas

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• [4] C. M. F. Vieira, Vitrificaçăo de Argilas Vermelhas de Campos dos Goytacazes-RJ. Dissertaçăo de mestrado, UENF (1997).
• [5] N. F. Silva, W. Acchar, U. U. Gomes, Anais do 12^o Congresso Brasileiro de Engenharia e Cięncia dos Materiais, Águas de Lindóia, SP 2 (1996) 484.
• [6] S. Pracidelli F. G. Melchiades, Cerâmica Industrial 2 [1/2] (1997) 31.
• [7] J. E. Enrique Navarro, J.L. Amorós Albaro, Técnica Cerâmica 91 (1981) 119.
• [8] A. E. Benlloch, J. L. A. Albaro, J. E. E. Navarro, Bol. Soc. Esp. Ceram. Vdr. 20, 1 (1981) 17.
• [9] ISO 13006: Normas mundiais de pisos e azulejos, Revestimentos Cerâmicos: especificações e usos. CCB – Informação ao público.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  15 Set 2000
• Data do Fascículo
  Mar 2000

Histórico

• Aceito
  18 Jan 1999
• Recebido
  22 Jul 1998