Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi recuperar dois resíduos inorgânicos provenientes da industria cerâmica para serem utilizados como aditivos em argamassas. A evolução estrutural e química resultante do tratamento térmico dos resíduos, avaliada através de ensaios específicos das amostras de argamassas aditivadas, revelou que suas propriedades melhoraram através da presença das fases alumina e metacaulinita presentes nos resíduos. A caracterização morfológica e mineralógica em diferentes situações de ensaios revelou que em alguns casos eles poderiam ser tratados através de processos de conformação específicos. A presença dessas fases contribuiu para um bom comportamento físico e químico dos materiais que apresentaram características pozolânicas e cementantes. Ensaios por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, resistência à compressão e condutividade térmica foram correlacionados e mostraram que esses resíduos podem ser utilizados em argamassas melhorando o seu desempenho.

Resumo em Inglês:

The aim of this work was to recover two inorganic wastes from ceramic industries by use in the mortar material. Tests regarding the chemical and structural evolution with temperature were performed with specific test samples, which revealed that both residues improved their properties by presence of alumina and metakaolinite phases. The morphological, chemical and mineralogical characterizations of different waste disposal batches revealed that in some cases they should be treated by those conformation processes. The presence of these phases contributes to a good physical and chemical behavior of the waste materials, which presented pozzolanic and cementitious characteristics. Moreover, the tests performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, compression resistance, and heat conductivity were correlated, and showed a good performance of these wastes to be used in the mortar material.

Resumo em Português:

Foram obtidas membranas de sílica via sol-gel, utilizando-se tetraetilortossilicato (TEOS) como precursor em meio ácido. A estrutura da membrana é composta de uma camada de sílica mesoporosa (raio médio de poros igual a 21,6 nm) recoberta por um filme microporoso de sílica (raio médio de poros igual a 1,1 nm). A camada suporte foi obtida utilizando-se ácido fluorídrico como catalisador, enquanto que para a fabricação do filme ativo foi utilizado ácido nítrico. A camada suporte apresenta área superficial específica de 148 m²/g e volume específico de poros de 1,60 cm³/g. O filme de sílica possui área superficial de 547 m²/g e volume específico de poros de 0,31 cm³/g. O filme microporoso de sílica apresenta uma maior quantidade de grupos silanol, conforme observado através de termogravimetria (TGA) e espectroscopia no infravermelho (FTIR). A adesão do filme ativo foi analisada por microscopia eletrônica de varredura. A resistência ao fluxo de gás através da membrana assimétrica é devida principalmente ao filme de sílica ativo.

Resumo em Inglês:

Sol-gel silica asymmetric membranes were obtained by using tetraethylortosilicate (TEOS) as precursor in an acid solution. The structure of the membranes is composed by a mesoporous silica layer (with average pore radius of 21.6 nm), which is coated by a microporous silica film (with average pore radius of 1.1 nm). The support layer was made using hydrofluoric acid as catalyst, while for the active film we employed nitric acid as catalyst. The support layer has specific surface area of 148 m²/g and specific volume of pores of 1.60 cm³/g. The microporous silica film has specific surface area of 547 m²/g and specific volume of pores of 0.31 cm³/g. The active film has a larger amount of silanol groups than the support layer, as observed by thermogravimetric analysis (TGA) and infrared spectroscopy (FTIR). The adhesion of the active film was evaluated by scanning electron microscopy (SEM). Gas permeation test showed that the resistance to gas flow is due principally to the silica film.

Resumo em Português:

A correta determinação de curvas de aquecimento para materiais refratários é uma tarefa complexa, e a sua inadequação pode resultar até mesmo na destruição de um revestimento refratário. Este trabalho apresenta um estudo sobre o efeito de diferentes taxas de aquecimento no desempenho termomecânico de refratários utilizados em fornos de reaquecimento. O estudo considera desde curvas de aquecimento típicas indicadas por fornecedores, até velocidades de aquecimento de 180 ºC/h. É apresentada uma avaliação comparativa entre os resultados térmicos medidos em um forno simulador e resultados calculados pela técnica de elementos finitos. Os perfis térmicos medidos e calculados foram empregados para a determinação das tensões termomecânicas geradas dentro das peças, analisando a probabilidade de falha em função da velocidade de aquecimento. São destacadas as diferenças existentes nestas tensões quando se consideram propriedades medidas à quente e à temperatura ambiente.

Resumo em Inglês:

The proper choice of the most suitable heating curves for refractory materials is a complex task and a badly designed curve may cause the failure and destruction of a refractory lining. This work presents an investigation of the effect of different heating curves on the thermomechanical performance of refractory materials used for the lining of reheating furnaces. The analysis considers heating curves ranging from ones supplied by refractory manufacturers up to heating rates of 180 ºC/h. A comparison among temperature measurements obtained from a simulation furnace and the results calculated by finite element technique is shown. The measured and calculated thermal profiles were used to forecast the thermomechanical stresses developed inside the pieces, which were used to analyze the failure probability, according to the heat up rate. The authors also point out the main differences at the developed stresses obtained when using temperature dependent properties or when measuring them at room temperature.

Resumo em Português:

A refratariedade e a resistência ao choque térmico dos materiais estão intrinsecamente ligadas às fases que os compõem, de modo que a identificação destas fases através da técnica de difração de raios X é atualmente imprescindível para a completa caracterização de matérias-primas de produtos cerâmicos. Em 1969, H. M. Rietveld desenvolveu um software de refinamento por mínimos quadrados que permite a completa caracterização cristalográfica de um material mono ou multifásico. Apesar de possuir mais de trinta anos, a técnica ainda não é utilizada de maneira regular na análise quantitativa de matérias-primas naturais. O presente estudo busca utilizar o método de Rietveld em conjunto com outras metodologias, na quantificação da fase vítrea de bauxitas refratárias, analisando as vantagens e limitações desta técnica, bem como os resultados obtidos. Foram escolhidas a partir da literatura quatro técnicas cuja proposta comum é a determinação da fase vítrea em refratários e/ou outras classes de cerâmicas utilizando-se o método de Rietveld como base teórica. Uma quinta técnica, denominada dissolução química, foi utilizada como meio de comparação. Os resultados ilustram que, apesar dos esforços, nenhuma das técnicas estudadas pode ser utilizada de forma rápida e principalmente confiável para a determinação da quantidade de fase vítrea em refratários.

Resumo em Inglês:

The refractoriness and thermal shock resistance of any material is deeply related to the crystalline and amorphous phases present. In 1969, H. M. Rietveld developed a software that provides the complete characterization of single or multiphase materials. For nearly thirty years, since it was developed, the Rietveld Method has not been extensively used in quantitative analysis of natural raw material. This study has the objective to use this methodology along with other ones, in order to quantify the amorphous phase in refractory bauxites, considering its facilities and drawbacks. Four techniques were chosen to determine the vitreous phase in refractories raw materials, using the Rietveld method as theoretical basis. The fifth technique, named chemical dissolution in fluorydric acid, was used as a comparison method. The results illustrated that, despite the efforts, none of the techniques studied can be applied as a fast and reliable method to determine the amorphous content in refractories.

Resumo em Português:

Neste trabalho é apresentado um estudo sistemático sobre a influência da utilização de propriedades avaliadas em função da temperatura para suprir um programa de simulação computacional por elementos finitos (AEF) visando à determinação dos perfis de temperatura e tensão em uma âncora refratária. Para tanto, foram avaliados em função da temperatura, a condutividade térmica (k), o calor específico (c), o coeficiente de expansão térmica linear (alfaL) e o módulo elástico (E). Um planejamento fatorial 2u e a análise de variância (ANOVA) foram utilizados para avaliar a influência das interações entre as propriedades determinadas em função da temperatura sobre os perfis de temperatura e tensão normal resultantes da simulação computacional. Este estudo reforça a necessidade da avaliação das propriedades em função da temperatura para se suprir um programa de simulação computacional, destacando-se a condutividade térmica e o calor específico para propiciar uma melhor obtenção do perfil de temperatura, e o coeficiente de expansão térmica linear (alfaL) e o módulo elástico (E) para a avaliação do perfil de tensões.

Resumo em Inglês:

This paper presents a systematic study about the importance of employing properties evaluated as a function of temperature to input a computer simulation program using the finite element method (FEM), in order to access the temperature and normal stress profiles in a refractory ceramic. The properties evaluated as a function of temperature were thermal conductivity (k), specific heat (c), coefficient of linear thermal expansion (alphaL), and elastic modulus (E). A 2u experimental design and the analysis of variance (ANOVA) allowed to conclude that the thermal conductivity and the specific heat are important to obtain a more precise temperature profile, while the linear thermal expansion coefficient and the elastic modulus are important to evaluate the stress profile.

Resumo em Português:

A produção de espumas cerâmicas através da aeração de suspensões associada ao processo "gelcasting" pode proporcionar cerâmicas porosas celulares com excelentes propriedades mecânicas, em uma ampla faixa de densidades. Entretanto, o uso deste material em aplicações específicas, como filtragem, isolamento térmico e suporte para catálise, requer adequações macroestruturais que favoreçam as propriedades desejadas, tais como permeabilidade, condutividade térmica e área superficial. Tais propriedades decorrem de características como densidade, distribuição de tamanho de célula e conectividade entre células vizinhas, as quais são definidas durante a produção da espuma. Neste trabalho estudou-se a influência do processo de aeração sobre a macroestrutura da espuma cerâmica. Foram utilizados dois tipos de aerador, sendo um do tipo planetário e outro constituído de um borbulhador acoplado a um agitador mecânico. Suspensões de alumina contendo diferentes concentrações de agente espumante foram submetidas a ciclos de agitação nos dois tipos de aerador. Após a gelificação, os corpos obtidos foram sinterizados e avaliados quanto à permeabilidade ao ar e quanto à distribuição de tamanho de célula utilizando as técnicas de análise de imagem e de porosimetria de mercúrio. Os resultados mostram que o processo de aeração pode influenciar sensivelmente a densidade e o tamanho médio dos poros, com efeitos significativos sobre a permeabilidade do material. Verificou-se ainda que a caracterização da distribuição de tamanho de poro por porosimetria de mercúrio e por microscopia ótica leva a diferentes resultados, mas que ambas as técnicas podem ser úteis, dependendo do objetivo com que são usadas.

Resumo em Inglês:

The production of porous ceramics through the aeration of suspensions associated with the gelcasting process provides cellular porous ceramics with excellent properties and a wide range of densities. Nonetheless, the use of this material in applications such as filtering, thermal insulation, or catalyst supports requires a macrostructural tailoring in order to favor specific properties, such as permeability, thermal conductivity or specific surface area. These properties are determined by characteristics such as density, pore size distribution and connectivity between neighboring cells, which are defined during foam formation. The aim of this work was to assess the influence of the aeration process on the macrostructure of ceramic foams. A planetary mixer and a stirring vessel with a bubbling ring at the bottom surface were studied in this work. Alumina suspensions containing different foaming agent concentrations were submitted to mixing cycles in both foam generators. After gelling, samples were sintered and had their pore size distribution evaluated using image analysis and mercury porosimetry. The air permeability was also evaluated. The results showed that the aeration process may strongly influence the density and the mode pore size, having a significant effect on the material's permeability. It was observed that mercury porosimetry and image analysis lead to different pore size distributions. However, both results are useful, depending on the aim of the analysis.

Resumo em Português:

A condutividade térmica é uma das propriedades físicas mais importantes de um material. A sua determinação experimental apresenta algumas dificuldades e requer alta precisão na determinação dos fatores necessários para o seu cálculo. O método de medida de condutividade térmica para materiais refratários mais usado hoje em todo o mundo, tanto nos centros de pesquisa, quanto nos laboratórios industriais, é o Método do Fio Quente, onde a condutividade térmica é calculada a partir do transiente de temperatura gerado por uma fonte de calor ideal, infinitamente longa e fina num meio material infinito. Neste trabalho são comparados os resultados obtidos utilizando-se duas técnicas diferentes para a detecção do transiente térmico: numa delas, a temperatura é medida na superfície do fio quente, (técnica de fio quente de superfície), e na outra, a temperatura é medida a uma certa distância do fio quente (técnica de fio quente paralelo). Os resultados experimentais mostram uma grande vantagem da técnica de fio quente de superfície em relação a técnica de fio quente paralelo para materiais com condutividade térmica superior a 10 W/mK. O intervalo de tempo considerado no cálculo é bem maior que aquele que seria utilizado na técnica de fio quente paralelo, obtendo-se assim resultados mais precisos e confiáveis.

Resumo em Inglês:

Thermal conductivity is one of the most important physical properties of a material. However, its experimental evaluation may presents some specific troubles, and high precision in the determination of the factors involved in its calculation is required. Specifically for refractory materials, the experimental technique employed worldwide for thermal conductivity calculations is the hot wire technique, in which the thermal conductivity is calculated starting from the temperature transient generated by an ideal, infinitely thin and long heat source embedded in an infinite surrounding material. In this work comparisons are made when two different techniques for the transient temperature detection are employed: in one of them, the temperature is detected and recorded at the surface of the hot wire (hot wire surface technique), while in the other, the measuring point is located at a fixed distance from the hot wire (hot wire parallel technique). Experimental results show a great advantage when using the hot wire surface technique for materials with thermal conductivity higher than 10 W/mK. The time interval which is taken into account in calculations is bigger than that one that would be employed in the hot wire parallel technique in the same experimental conditions, proportioning in this case higher accuracy and reliability in the experimental results obtained.

Resumo em Português:

A indústria do beneficiamento de granito gera uma enorme quantidade de rejeitos, que poluem e degradam o meio ambiente. Assim este trabalho tem por objetivo caracterizar e avaliar as possibilidades de utilização dos rejeitos da serragem de granitos gerados pelas indústrias de beneficiamento da Região Nordeste, como matéria-prima cerâmica alternativa na produção de blocos e revestimentos cerâmicos. Foram coletadas amostras de resíduos da serragem de granito em empresas da Paraíba, Ceará e Pernambuco, em seguida foi realizada sua caracterização através da determinação da distribuição granulométrica, massa específica real e área específica (BET) e de análise química, ATD, ATG, DRX, MEV. Após caracterização foram conduzidos ensaios tecnológicos com composições cerâmicas a fim de avaliar a possibilidade de adição dos resíduos em massas cerâmicas para confecção de blocos e revestimentos cerâmicos. Com base nos resultados verificou-se que os resíduos apresentam características físicas e mineralógicas semelhantes as das matérias-primas cerâmicas convencionais e que corpos cerâmicos formulados com resíduos apresentam características dentro das especificações da normalização brasileira tanto para blocos como para revestimentos cerâmicos.

Resumo em Inglês:

The granite industry generates a large quantity of wastes that pollute and damage the environment. This work aim to characterize and evaluate the possibilities of the use of granite sawing wastes, generated by the industries from Northeast region, as alternative ceramic raw materials for production of ceramic bricks and tiles. Samples of granite sawing wastes were collected from industries located at Paraíba, Ceará and Pernambuco states, and afterwards were characterized for the determination of their particle size distribution, specific mass, surface area (BET) and chemical analyses, differential thermal analysis, GTA, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy. After characterization, technological tests were performed in ceramic compositions with the objective of evaluation of the possibilities of the addition of wastes in ceramic masses for the production of ceramic bricks and tiles. The main results show that the wastes have physical and mineralogical characteristics similar to the conventional ceramic raw materials and ceramic bodies. Moreover, the ceramic pieces prepared using the wastes have technical characteristics according to the Brazilian standards for ceramic bricks and tiles.

Resumo em Português:

Este trabalho mostra os resultados de um estudo sobre a adequação dos materiais argilosos da região de Campos-RJ (Brasil) para aplicação em cerâmica estrutural. Os materiais argilosos, isto é, argilas vermelhas disponíveis nesta região foram selecionadas tal que suas características com respeito a composição química, análise racional, difração de raios X, análise de tamanho de partículas, comportamento térmico, plasticidade e as propriedades de secagem e queima pudessem ser estudadas. Os resultados revelaram que as amostras estudadas são tipicamente materiais à base de caulinita. Além do mais, foi determinado que quase todas as propriedades destes materiais são direcionadas para fabricação de cerâmica estrutural. Os dados de resistência mecânica resultaram em distribuição de Weibull.

Resumo em Inglês:

This work presents the results of a study on the suitability of the clayey materials from Campos-RJ (Brazil) region for application in structural ceramic. The clayey materials, i.e. red clays available in this region, were selected so that their characteristics regarding chemical composition, rational analysis, X-ray diffraction, particle size analysis, thermal behavior, plasticity and as dried and fired properties could be studied. The results revealed that the studied samples are typically kaolinite based materials. In addition, it was found that almost all properties of these materials are led to the manufacture of structural ceramic. Mechanical strength test data resulted in Weibull distributions.

Resumo em Português:

A partir de argilas de uso industrial, foram estudadas por ATD, ATG, MEV e DRX as alterações mineralógicas, microestruturais e dimensionais ocorridas com o incremento da temperatura. Com os dados de absorção de água e de retração linear foram obtidos diagramas de gresificação, propondo uma metodologia de seleção de matérias-primas para aplicação a novas massas cerâmicas.

Resumo em Inglês:

Starting from clays of industrial use, the mineralogical, microestrutural and dimensional alterations for increasing temperatures were studied by Differential Thermal Analysis, Thermogravimetric Analysis, Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffraction. Vitrification diagrams were obtained from water absorption and linear shrinkage data, a methodology of selection of raw materials for application to new ceramic bodies being proposed.