universidade federal rural do semi-Árido … · 2015-09-22 · universidade federal rural do...

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

CRISTIANE DO NASCIMENTO FERNANDES

PROPOSTA DE ESTUDO SOBRE COMPOSIÇÕES DE PORCELANATO COM

INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE SCHEELITA DE CURRAIS

NOVOS - RN

MOSSORÓ-RN

2012




NOVOS - RN

Monografia apresentada à Universidade

Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA,

Departamento de Ciências Ambientais e

Tecnológicas para a obtenção do título de

Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Prof. Dr. Marcílio Nunes Freire -

UFERSA

MOSSORÓ-RN

2012

Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e

catalogação da Biblioteca “Orlando Teixeira” da UFERSA

Bibliotecária:

Vanessa de

Oliveira

Pessoa

CRB15/453

F363p Fernandes, Cristiane do Nascimento.

Proposta de estudo sobre composições de porcelanato com

incorporação do resíduo da extração de SCHEELITA de Currais

Novos-RN. / Cristiane do Nascimento Fernandes. -- Mossoró,

2012.

79 f.: il.

Monografia (Graduação em Ciência e tecnologia) –

Universidade Federal Rural do Semi-Árido.

Orientador: Dr. Marcílio Nunes Freire.

1.Revestimento cerâmico. 2. porcelanato. 3 resíduo de scheelita.

I. Título.

CDD: 666.3




NOVOS - RN

Monografia apresentada à Universidade

Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA,

Departamento de Ciências Ambientais e

Tecnológicas para a obtenção do título de

Bacharel em Ciência e Tecnologia.

Orientador: Prof. Dr. Marcílio Nunes Freire –

UFERSA.

AGRADECIMENTOS

Acima de tudo, a Deus, pelo dom da vida.

A toda minha família, em especial aos meus pais, Neide Maria do Nascimento e Cícero

Galdino Fernandes, que sempre me ensinaram o valor da honestidade e da dignidade, e aos

meus padrinhos, José Bento Barbosa e Nilma do Nascimento Barbosa, pelo incentivo e apoio

demonstrados ao longo de todos os anos da minha vida.

Ao meu orientador, Dr. Sc. Marcílio Nunes Freire, pela paciência, amizade, compreensão e

confiança em mim depositada. Por ser um grande sacerdote da educação, demonstrando uma

incrível competência profissional, respeito e consideração.

A Professora Drª. Scª. Jeane Cruz Portela, pelo auxílio e disponibilidade na utilização das

instalações do Laboratório de Solos da UFERSA.

A Professora Drª. Marília Pereira de Oliveira, pela honra em tê-la como participante na banca

examinadora.

Ao Dr. Wagner Lopes Torquato, pela participação na banca examinadora.

Ao meu namorado, José Daniel Jales Silva, pelo apoio, compreensão, confiança e carinho,

bem como por todo o companheirismo, encorajamento e amor demonstrado, que foram de

grande importância para a realização do presente trabalho.

Aos amigos que estiveram presentes ao longo desses três anos de curso, nos quais foi possível

construir bases sólidas de amizade. São eles: Adna Raquel de Morais Barreto, Isaac Barros

Tavares da Silva e Luciana Ferreira Araújo.

A Makezia Mayara da Costa Freitas e Francisca Geidilany Saraiva de Oliveira Frutuoso, pela

convivência marcada por consideração, bom humor, amizade e apoio incondicional.

A grande amiga e irmã Aline Ellen Rodrigues de Oliveira, por me ajudar sempre ao longo dos

anos, e em qualquer situação, mesmo que nem sempre presente fisicamente.

Ao amigo Rafael Alison de Souza Holanda, por suas palavras de incentivo, companheirismo,

ensinamentos, e principalmente, por sua amizade. Por cuidar de mim, auxiliando em

momentos difíceis, e pelas incríveis e excepcionais demonstrações de carinho.

A Savanna Cristina M. D’Aguiar, por todos os momentos compartilhados durante a fase de

realização do trabalho.

A Mineração Tomaz Salustino - Mina Brejuí, pela doação do resíduo de Scheelita.

A ARMIL – Mineração do Nordeste Ltda, pela doação das matérias-primas (caulim, feldspato

e quartzo).

Aos professores que contribuíram para a minha formação acadêmica, expresso meu

reconhecimento;

A todos que de alguma forma contribuíram para a realização desse trabalho.

RESUMO

O desenvolvimento da tecnologia e o crescimento do setor de revestimento cerâmico,

principalmente do porcelanato, devido ao seu considerável desempenho técnico perante as

demais cerâmicas de revestimento, visto que a produção do mesmo está em processo de

expansão face à tendência do mercado mundial, ressaltam ainda mais a ênfase dada ao ramo

de revestimentos cerâmicos industriais. O presente trabalho tem como objetivo propor um

estudo sobre a composição de um porcelanato com incorporação do resíduo da extração de

scheelita de Currais Novos – Rio Grande do Norte. A metodologia consistiu em se fazer uma

análise das matérias-primas a serem utilizadas (quartzo, caulim, feldspato), para então ser

possível a análise de influência do resíduo na formulação do porcelanato. Serão desenvolvidas

as massas cerâmicas, visando utilização do resíduo na formulação. Para tanto, serão

apresentados ensaios para caracterização do material, incluindo Difração de Raio X (DRX),

Fluorescência de Raio-X (FDX), Distribuição do Tamanho de partícula (DTP), Análises

térmicas e Densidade de partículas. Em relação ao produto pós-sinterização será apresentado a

caracterização pelos ensaios resistência à tração via compressão diametral, Absorção de Água

(AA), DRX, e Módulo de Weibull. Tudo isso, buscando-se resultados que além dos

fundamentos apresentados no presente trabalho, demonstram analítica e praticamente que o

resíduo tem potencial para ser introduzido ao processo de formulação do porcelanato,

atingindo também o objetivo de agregar valor ao Resíduo de Scheelita.

Palavras-chave: Revestimento cerâmico. Porcelanato. Resíduo de scheelita.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Estrutura atômica da caulinita. ................................................................................ 25

Figura 2 – intervalos de temperatura e as diferentes variedades cristalinas estáveis da sílica, à

pressão atmosférica................................................................................................................... 28

Figura 3 – Diagrama de equilíbrio de fase do sistema Na2O- Al2O3- SiO2. ............................. 37

Figura 4 – Curvas 1 e 2 (exemplos de curvas de gresificação). ............................................... 44

Figura 5 - Ensaio de compressão diametral para determinação da resistência à tração. .......... 47

Figura 6 – Fluxograma geral da metodologia empregada. ....................................................... 49

Figura 7 – Triângulo adotado pela Sociedade Brasileira de Ciência do Solo para classificação

das classes texturais do solo. .................................................................................................... 52

Figura 8 - Diagrama geral de composições para produtos cerâmicos resultantes do sistema

argila – feldspato – sílica. ......................................................................................................... 54

Figura 9 - Difratograma do quartzo, referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados

gerados pelo difratômetro de raios-X. ...................................................................................... 63

Figura 10 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para o quartzo. ..... 64

Figura 11 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o quartzo. ...................... 64

Figura 12 - Identificação dos picos do quartzo utilizado no presente trabalho. ....................... 65

Figura 13 - Difratograma do feldspato referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados


Figura 14 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para o identificação

dos picos do feldspato. ............................................................................................................. 66

Figura 15 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o feldspato. .................... 67

Figura 16 - Identificação dos picos do quartzo utilizado no presente trabalho. ....................... 67

Figura 17 - Difratograma do caulim referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados


Figura 18 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para identificação

dos picos do caulim. ................................................................................................................. 68

Figura 19 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o caulim. ....................... 69

Figura 20 - Identificação dos picos do caulim utilizado no presente trabalho. ........................ 69

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Tipo de material utilizado para o revestimento de superfícies internas de

construções no Brasil. ............................................................................................................... 19

Gráfico 2 – Destinos das exportações brasileiras em milhões de dólares (2010)..................... 23

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Evolução da capacidade produtiva brasileira (2006 - 2012). ................................. 16

Tabela 2 – Maiores exportadores (2008 – 2011). ..................................................................... 16

Tabela 3 – Principais consumidores (2007 – 2010). ................................................................ 17

Tabela 4 – Principais consumidores (2008 – 2011). ................................................................ 17

Tabela 5 – Principais Produtores Mundiais (2007 – 2010). ..................................................... 18

Tabela 6 – Principais Produtores Mundiais (2008 – 2011). ..................................................... 18

Tabela 7 – Tipos de produto – Brasil (2008 a 2011). ............................................................... 20

Tabela 8 – Produção brasileira de revestimentos cerâmicos e as vendas de revestimentos

cerâmicos no mercado interno em milhões de m². ................................................................... 22

Tabela 9 – Exportações de revestimentos cerâmicos. .............................................................. 22

Tabela 10 – Caracterização química do rejeito de alimentação para concentração centrífuga.30

Tabela 11 – Caracterização química do pré-concentrado do rejeito de scheelita. .................... 31

Tabela 12 – Composição química das matérias-primas (% em massa) para grês porcelanato de

base branca. .............................................................................................................................. 34

Tabela 13 – Intervalo de variação de matérias-primas típicas utilizadas na fabricação de grês

porcelanato................................................................................................................................ 35

Tabela 14 – Histórico provável das reações que ocorrem com a temperatura no processo de

sinterização de um corpo cerâmico formulado com massa triaxial. ......................................... 43

Tabela 15 – Granulometria do Resíduo de Scheelita. .............................................................. 59

Tabela 16 – Densidade de partículas do Resíduo de Scheelita................................................. 59

Tabela 17 - Materiais em estudo e os seus respectivos valores medidos. ................................ 60

Tabela 18 - Valores obtidos de cada material em estudo e seus respectivos valores de

densidades das partículas. ......................................................................................................... 62

LISTA DE SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANFACER – Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimento

ABCERAM – Associação Brasileira de Cerâmica

BNDES – Banco Nacional de Desenvolvimento

ISSO – Organização Internacional de Normalização

ITC – Instituto de Tecnologia Cerâmica

NBR – Normas Regulamentadoras Brasileiras

TG – Termogravimetria

TD – Termodiferencial

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 13

2 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 14

2.1 OBJETIVOS GERAIS .................................................................................................... 14

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 14

3 FUNDAMENTAÇÃO SOBRE A LITERATURA ........................................................... 15

3.1 INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO ....................................................... 15

3.1.1 Panorama Mundial ................................................................................................ 15

3.1.2 Panorama Nacional ................................................................................................ 19

3.2 MATÉRIAS-PRIMAS .................................................................................................... 23

3.2.1 Caulim ..................................................................................................................... 24

3.2.2 Feldspato ................................................................................................................. 25

3.2.3 Quartzo .................................................................................................................... 27

3.3 RESÍDUOS SÓLIDOS INDUSTRIAIS NO SETOR CERÂMICO .............................. 29

3.3.1 Scheelita .................................................................................................................. 30

3.4 PORCELANATO ........................................................................................................... 31

3.4.1 Definição .................................................................................................................. 31

3.4.2 Características ........................................................................................................ 32

3.4.3 Propriedades ........................................................................................................... 33

3.4.4 Composição ............................................................................................................. 33

3.4.5 Fabricação ............................................................................................................... 35

3.4.5.1 Escolha dos materiais ........................................................................................ 35

3.4.5.2 Preparação dos materiais ................................................................................... 35

3.4.5.3 Caracterização dos materiais ............................................................................. 36

3.4.5.3.1 Caracterização Mineralógica .................................................................... 36

3.4.5.3.2 Caracterização Química ............................................................................ 36

3.4.5.4 Formulação das massas cerâmicas .................................................................... 36

3.4.5.5 Preparação das massas cerâmicas ...................................................................... 38

3.4.5.6 Caracterização das massas cerâmicas ................................................................ 39

3.4.5.6.1 Caracterização Mineralógica .................................................................... 39

3.4.5.6.2 Caracterização Química ............................................................................ 39

3.4.5.6.3 Caracterização Física ................................................................................ 40

3.4.5.7 Conformação das massas cerâmicas por prensagem uniaxial ........................... 41

3.4.5.8 Secagem ............................................................................................................. 42

3.4.5.9 Sinterização ....................................................................................................... 42

3.4.5.10 Caracterização Física ....................................................................................... 45

3.4.5.10.1 Retração Linear........................................................................................ 45

3.4.5.10.2 Densidade Aparente ................................................................................. 45

3.4.5.10.3 Absorção d’água ...................................................................................... 46

3.4.5.10.4 Porosidade Aparente ................................................................................ 46

3.4.5.10.5 Resistência à tração por compressão diametral ...................................... 46

3.4.5.10.6 Módulo de Weibull ................................................................................... 47

4 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS ................................................................................ 48

4.1 MATERIAIS UTILIZADOS .......................................................................................... 50

4.1.1 Matérias-primas e Resíduo de Scheelita .............................................................. 50

4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 51

4.2.1 Descrição e preparação dos materiais .................................................................. 51

4.2.2 Caracterização dos materiais ................................................................................ 51

4.2.2.1 Mineralógica ...................................................................................................... 51

4.2.2.2 Química ............................................................................................................. 51

4.2.2.3 Física .................................................................................................................. 52

4.2.2.3.1 Análise Granulométrica ............................................................................. 52

4.2.2.3.2 Densidade de partículas ............................................................................. 53

4.2.3 Formulação das massas cerâmicas ....................................................................... 53

4.2.4 Preparação das massas cerâmicas ........................................................................ 53

4.2.5 Caracterização das massas cerâmicas .................................................................. 54

4.2.6 Conformação das massas cerâmicas ..................................................................... 54

4.2.7 Secagem ................................................................................................................... 55

4.2.8 Sinterização ............................................................................................................. 56

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 58

5.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA ...................................................................................... 58

5.1.1 Resíduo de Scheelita ............................................................................................... 58

5.1.1.1 Análise Granulométrica ..................................................................................... 58

5.1.1.2 Densidade de Partículas ..................................................................................... 59

5.1.2 Matérias-primas ..................................................................................................... 60

5.1.2.1 Análise Granulométrica ..................................................................................... 60

5.1.2.2 Densidade de partículas pelo método do Balão Volumétrico............................ 61

5.2 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA – DRX ........................................................ 62

5.2.1 Resíduo de Scheelita ............................................................................................... 62

5.2.2 Matérias-primas ..................................................................................................... 62

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................................. 71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 72

13

1 INTRODUÇÃO

A indústria de revestimentos, como o segmento mais dinâmico do setor cerâmico

brasileiro, experimentou um crescimento robusto a partir dos anos 1990, centralizado no

desenvolvimento de dois dos mais exuberantes Arranjos Produtivos Locais, ou APLs, de base

mineral do país – Santa Gertrudes (SP) e Criciúma (SC). A expectativa para o segmento

brasileiro de revestimentos cerâmicos é de crescimento sustentado das vendas internas e o

incremento paulatino das exportações (CABRAL JÚNIOR et al., 2010).

Segundo Perez et al. (2008), nas últimas décadas, os índices de crescimento

apresentados pela indústria brasileira de revestimento cerâmico foram de grande relevância. O

Brasil tornou-se em 2008 o segundo maior produtor e consumidor mundial, ficando apenas

atrás da China. Com este formidável desempenho, o setor logo se transformou no foco da

indústria cerâmica.

Para Andrade et al. (2009), não só o mercado nacional, mas também o mundial

seguem tendência de crescimento, destacando o grês porcelanato, devido a sua alta qualidade

estética.

De acordo com Pinheiro et al. (2010), o destaque do porcelanato se deve

principalmente ao fato de ser um revestimento cerâmico de baixa porosidade, usado em

ambientes internos e externos, caracterizado por excelentes propriedades físico-mecânicas e

resistência química, à abrasão superficial e ao congelamento, além de ser um revestimento

impermeável e homogêneo.

O porcelanato é um “bem durável”, que possui propriedades tecnológicas muito acima

dos demais revestimentos, principalmente os cerâmicos; também concorre em termos de

propriedades tecnológicas e de estética com as pedras ornamentais, das quais tem conquistado

o mercado e tem alto valor agregado. Com tantas vantagens e qualidades torna-se

evidentemente natural justificar uma pesquisa de desenvolvimento de novas formulações, uma

vez que no momento não há uma inovação estabelecida, e o Brasil não domina a ciência e a

tecnologia acerca deste produto (NUNES FREIRE, 2007).

Sendo assim, o enfoque dado a este trabalho será a realização de uma proposta de

estudo da formulação de porcelanato com a incorporação de resíduo da extração de scheelita

de Currais Novos, município localizado no Rio Grande do Norte, estado que por sua vez

possui uma considerável quantidade de indústrias cerâmicas. Essa incorporação se dará por

substituição parcial do feldspato, após calcinação do resíduo.

14

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GERAIS

O presente trabalho tem como objetivo principal propor a composição de porcelanato

com incorporação do resíduo da extração de scheelita de Currais Novos, no Rio Grande do

Norte, para que futuramente este venha a ser introduzido na rota de produção de porcelanatos.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

(i) Identificar a influência que o resíduo exerce sobre as propriedades finais desejadas

para o porcelanato;

(ii) Agregar valor ao resíduo de scheelita, buscando uma composição ótima para a sua

incorporação em massa cerâmica para porcelanato, enquanto busca-se mostrar o potencial do

mesmo no aproveitamento como matéria-prima secundária;

(iii) Caracterizar física, química e mineralogicamente o produto final, quando do real

desenvolvimento experimental, perante os outros porcelanatos similares contidos na literatura.

15

3 FUNDAMENTAÇÃO SOBRE A LITERATURA

3.1 INDÚSTRIA DE REVESTIMENTO CERÂMICO

De acordo com Cabral Júnior et al. (2010), a placa cerâmica é utilizada para cobrir e

dar acabamento às superfícies lisas em ambientes residenciais, comerciais, industriais e em

locais públicos, enquadrando-se nessa categoria: pisos, azulejos, ladrilhos, grês, porcelanato e

pastilhas (ou placas de fachada). Ela, dentro da indústria de revestimentos cerâmicos, forma,

juntamente com as de cerâmica vermelha, sanitários, cimenteira e vidreira, o conjunto de

cadeias produtivas que compõem o Complexo da Construção Civil.

A seguir serão apresentados os panoramas mundial e nacional. Vale ressaltar que as

tabelas elaboradas nos subtópicos foram construídas com embasamento estatístico e de

valores estimativos atribuídos pela Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para

Revestimento – ANFACER, onde se busca mostrar da maneira mais eficaz possível um

panorama sobre essa área industrial, apesar da grande deficiência do setor em dados

estatísticos e indicadores de desempenho, ferramentas estas indispensáveis para acompanhar o

seu desenvolvimento e melhorar a competitividade.

3.1.1 Panorama Mundial

O mercado internacional de revestimentos cerâmicos ainda apresenta reflexos da crise

econômica de 2008, porém observaram-se os primeiros sinais de estabilidade e de retomada

gradual da demanda. Importantes países ainda mantiveram sua produção bem abaixo de sua

capacidade produtiva, entretanto conseguiram manter seus preços médios relativos ainda em

níveis ascendentes. Importantes aspectos a destacar são: a contínua busca em

desenvolvimento de produtos e ganhos de competitividade; a disseminação do uso de

cerâmica em diferentes aplicações e ambientes; e a crescente incorporação de conceitos de

sustentabilidade no setor. Também se faz necessário salientar a consistência mantida pelas

economias emergentes, notadamente no setor da construção civil, e os sinais de gradual

recuperação do mercado americano, que apontam um cenário mais otimista em 2012

(ANFACER, 2012). A seguir, tem-se a evolução da capacidade produtiva brasileira (Tabela

1).

16

Tabela 1 – Evolução da capacidade produtiva brasileira (2006 - 2012).

Ano Evolução da capacidade produtiva (milhões de m²)

2012 1021,2

2011 986,6

2010 875,2

2009 817

2008 782

2007 712,3

2006 672,4

Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).

Analisando os dados fornecidos pela ANFACER através da Tabela 2, tem-se que o

volume exportado pelo Brasil em 2011 é de 60,1 milhões de metros quadrados, o que equivale

a uma receita de US$ 280,2 milhões, demonstrando um decrescimento de aproximadamente

26,2% em relação a 2008. Observa-se também que o Brasil é apresentado como o quinto

maior exportador mundial, estando atrás da China, Itália, Espanha e Turquia, na primeira,

segunda, terceira e quarta colocações, respectivamente.

A China vem isolada, destacando-se como absoluta na primeira posição, apresentando

um contínuo crescimento de exportação. Já Itália, que é o segundo maior exportador, vem

apresentando decréscimo no volume exportado. A Espanha, terceiro maior país exportador

mundial, também sofreu um decréscimo, mesmo possuindo forte atuação em outros países,

como no Brasil. E a Turquia ocupa a quarta posição, seguida pelo Brasil.

Tabela 2 – Maiores exportadores (2008 – 2011).

Posição Países 2008 2009 2010 2011

1 China 570 584 897 1047

2 Itália 379 281 289 290

3 Espanha 306 235 248 263

4 Turquia 92 67 88 84

5 Brasil 81,4 60,7 57,2 60,1

Observação: Os dados (em milhões de m²) correspondentes a 2011, com exceção do

Brasil, são estimados (considerando apenas a produção em território nacional).


Na Tabela 3 são indicados os cinco principais países consumidores de revestimentos

cerâmicos levando-se em consideração o período de 2007 a 2010. Analisando-a é possível

verificar que a China é o maior consumidor, apresentando um consumo estimado em 4600

milhões de metros quadrados em 2010 e tendo aumentado aproximadamente em 51,82% seu

consumo em relação ao ano anterior. O Brasil, segundo maior mercado consumidor, uma vez

17

que registrou em 2010 um consumo de 699,6 milhões de m2, apresentou aumento em cerca

de 31% desde 2007. Na terceira posição encontra-se a Índia, que com um consumo estimado

de 557 milhões de m2

em 2010, aumentou cerca de 40,3% em relação à 2007 . Em seguida

tem-se Indonésia e Irã, com valores relativamente bem menores.

Tabela 3 – Principais consumidores (2007 – 2010).

Posição Países 2007 2008 2009 2010

1 China 2700 2830 3030 4600

2 Brasil 534,7 605,4 644,5 699,6

3 Índia 397 403 494 557

4 Indonésia 178 262 297 330

5 Irã 236 265 295 325

Observação: Os dados (em milhões de m²) correspondentes a 2010, com exceção do

Brasil, são estimados (considerando apenas a produção em território nacional).


Conforme a ANFACER (2012), um fato a destacar é a inclusão de novos países, tanto

consumidores como produtores de revestimentos cerâmicos, integrando o grupo dos

principais players do segmento.

Dados mais atuais, também obtidos através da ANFACER, mostram uma nova

configuração no quadro de maiores consumidores (Tabela 4). Percebe-se, através da

comparação entre a Tabela 4 e a Tabela 3 que a Indonésia não está mais entre os cincos

maiores consumidores, assim como o Vietnã surge como 5º maior consumidor.

Tabela 4 – Principais consumidores (2008 – 2011).

Posição Países 2008 2009 2010 2011

1 China 2830 3030 4600 5496

2 Brasil 605,4 644,5 699,6 774,6

3 Índia 397 403 494 610

4 Irã 265 295 335 m 367

5 Vietnã 220 240 330 350

Observação: Os dados correspondentes a 2011, com exceção do Brasil, são estimados

(considerando apenas a produção em território nacional).


Na Tabela 5 vê-se os cinco principais países produtores de revestimentos cerâmicos.

Mesmo apresentando uma redução na produção, conforme é apresentada na Tabela 5, a Itália

e a Espanha ainda seguem liderando até 2010 os setores de máquinas e equipamentos,

18

inovações de processos produtivos, matérias primas e design, como afirma Silva Filho &

Pizzolato (2011), citando que:

A Itália possui uma forte tradição em design na área de revestimentos cerâmicos,

liderando o mercado mundial através de lançamentos das principais tendências

mundiais. Como fatores que possibilitaram esta liderança, pode-se citar: a qualidade

da mão-de-obra, com especialização tanto artística como técnica; a atuação de forma

integrada entre os diversos atores do setor, como os fabricantes de máquinas e

equipamentos, os da indústria cerâmica, os fornecedores de matérias-primas, bem

como os designers; e ainda os pesados investimentos em pesquisa e

desenvolvimento. A Espanha, que também tem uma forte influência e tradição por

seu passado histórico na arte cerâmica, tem tido forte apoio institucional para o

desenvolvimento de sua indústria neste setor, notadamente a partir da década de 80,

quando surgiram centros de pesquisa voltados, principalmente, para a área de

coloríficos (esmaltes e fritas), e para o desenvolvimento de seu design. Com isso, a

Espanha se consolida como uma referência mundial no setor.

Tabela 5 – Principais Produtores Mundiais (2007 – 2010).

Posição Países 2007 2008 2009 2010

1 China 3200 3400 3600 5500

2 Brasil 637 713,4 714,9 753,5

3 Índia 385 390 490 550

4 Itália 559 513 368 378

5 Espanha 585 495 324 370




Entretanto, já no novo quadro de principais produtores, que foi atualizado em 2012,

tem-se o Irã ultrapassando a Itália e a Espanha, aparecendo assim na quarta posição, como se

observa a partir da Tabela 6.

Tabela 6 – Principais Produtores Mundiais (2008 – 2011).

Posição Países 2008 2009 2010 2011

1 China 3400 3600 5500 6543

2 Brasil 713,4 714,9 753,5 844,3

3 Índia 390 490 550 602,5

4 Irã 320 350 400 450

5 Itália 513 368 378 395




19

3.1.2 Panorama Nacional

A indústria de cerâmica para revestimentos no Brasil surgiu a partir de antigas fábricas

de tijolos, blocos e telhas de cerâmica vermelha, que no início do século 20 começaram a

produzir ladrilhos hidráulicos e, mais tarde, azulejos e pastilhas cerâmicas e de vidro. No

início dos anos 70 foi que a produção atingiu uma demanda continuada, fazendo com que a

indústria cerâmica ampliasse significativamente a sua produção, com o surgimento de novas

empresas, e, embora o crescimento da indústria, até então, tenha sido predominantemente

voltado para o mercado interno, os produtores brasileiros passaram a buscar também o

mercado externo, que ainda representa uma participação pequena da produção, demonstrando,

todavia, uma tendência crescente (GORINI & CORREA, 1999).

Fatores tais como elevada produtividade, custos baixos de produção, disponibilidade

de insumos minerais e energéticos, frente a um mercado consumidor doméstico em franca

expansão, sustentaram, nos últimos 15 anos, o vigoroso crescimento dessa indústria no país

(CABRAL JÚNIOR et al., 2010).

Atualmente, os fabricantes brasileiros de revestimentos cerâmicos estão alinhados com

a melhor tecnologia disponível no mundo, sendo que a quase totalidade de sua produção está

em conformidade com as normas internacionais de qualidade. Em 2007, foi publicada a

Norma Brasileira para Porcelanato – ABNT, NBR 15463, primeira iniciativa mundial do

gênero, que afirma o compromisso da cerâmica brasileira com a qualidade (ANFACER,

2012).

O Gráfico 1 mostra total preferência dos consumidores por revestimentos cerâmicos.

Boschi (2008) relata as principais razões para essa preferência. Segundo ele, seria

principalmente devido a fatores tais como a tradição e a compatibilidade como o estilo de vida

moderno, isto é, por questões de fácil limpeza, durabilidade e aspectos decorativos e/ou

estéticos.

Gráfico 1 – Tipo de material utilizado para o revestimento de superfícies internas de

construções no Brasil.

Fonte: (ANFACER, 2008 apud BOSCHI, 2008).

20

De acordo com Silva Filho & Pizzolato (2011), as placas de revestimento aplicam-se

em áreas residenciais, comerciais, industriais e em locais públicos, como calçadas, paredes,

tendo diversas denominações, como azulejos, piso, lajota, pastilha, ladrilho, grês, porcelanato,

etc., sendo classificadas em quatro categorias:

i. Placas cerâmicas para serem usadas em pisos;

ii. Placas cerâmicas para serem usadas em paredes;

iii. Placas cerâmicas para serem usadas em fachadas;

iv. Placas cerâmicas de grês e grês porcelanato.

A Tabela 7 mostra a produção dos diversos tipos de produtos cerâmicos, mostrando

que a produção de porcelanato foi de 72 milhões de metros quadrados em 2011,

correspondendo a aproximadamente 8,53% da produção de revestimentos cerâmicos brasileira

do ano – 844,3 milhões de m² (Tabela 6).

Tabela 7 – Tipos de produto – Brasil (2008 a 2011).

Tipo Ano Valor (milhões de m²)

Piso 2011 587

2010 520

2009 498

Parede 2011 162

2010 151

2009 151

Fachada 2011 24

2010 22

2009 18

Porcelanato 2011 72

2010 60

2009 48


Segundo a ANFACER, o setor de revestimento cerâmico brasileiro é constituído por

93 empresas instaladas em 18 estados, tendo sua maior concentração nas regiões Sudeste e

Sul, e em grande expansão no Nordeste do país. O segmento produtivo de capital

essencialmente nacional, é também um grande gerador de empregos, constituindo em torno de

25 mil postos de trabalho diretos e em torno de 200 mil indiretos, ao longo de sua cadeia

produtiva.

21

Segundo a ABCERAM, a concentração geográfica é uma característica da indústria

produtora de placas cerâmicas. Itália, Espanha e Brasil têm sua indústria concentrada,

respectivamente, nas regiões de Sassuolo, Castellón, Criciúma e Santa Gertrudes.

Os quatro pólos responsáveis por maior parte da produção de revestimentos cerâmicos

brasileiros são os da região de: Criciúma, também abrangendo as localidades de Tubarão,

Urussanga, Imbituba e Tijucas; a Grande São Paulo, abrangendo Diadema, São Caetano do

Sul e Suzano, estendendo-se até Jundiaí; Mogi-Guaçu e estivas Gerbi; Cordeirópolis e Santa

Gertrudes (GORINI & CORRÊA, 1999).

De acordo com Stamer-Meyer et al. (2001, apud KIECKBUSCH & LOPES, 2005), os

clusters em Santa Catarina e em Mogi-Guaçu, São Paulo, foram criados em uma fase de

substituição de importações e suas expansões foram facilitadas pelo suporte financeiro do

Banco Nacional de Desenvolvimento (BNDES). O terceiro cluster, localizado em Santa

Gertrudes (SP), começou como uma operação setorial informal e cresceu produzindo

revestimentos mais baratos para famílias de classe média e baixa. É o que diz Torkomian et

al. (2001, apud NUNES FREIRE, 2007), relatando ainda que, no que diz respeito ao mercado

externo, essas regiões – Sul e Sudeste – possuem uma localização privilegiada devido ao fato

de estarem próximas aos países do Mercosul, mercado com grande potencial a ser explorado,

destacando ainda a importância das matérias-primas naturais, principais componentes do

produto final, que podem ser encontradas na maioria das regiões do país, reforçando a

relevância da localização da empresa perto do mercado consumidor.

O Brasil ocupa a segunda posição na produção e no consumo de revestimentos

cerâmicos. Em 2011, segundo a ANFACER, foram produzidos 844,3 milhões de metros

quadrados, para uma capacidade instalada de 986,6 milhões de metros quadrados. As vendas

totais chegaram a 834,7 milhões de metros quadrados, sendo 774,7 milhões de metros

quadrados vendidos no mercado interno e 60,1 milhões de metros quadrados exportados.

A Tabela 8 mostra a produção brasileira e as vendas de revestimento cerâmico no

mercado interno, sendo os valores correspondentes ao ano de 2011 uma estimativa, que por

sua vez, em relação ao ano anterior, seria verificado um crescimento de 6,5% tanto em sua

produção, quanto em suas vendas, em análise aos dados contidos na tabela.

22

Tabela 8 – Produção brasileira de revestimentos cerâmicos e as vendas de revestimentos

cerâmicos no mercado interno em milhões de m².

Ano Produção (milhões de

m²)

Venda (milhões de m²)

2012 895 828,9

2011 844,3 774,7

2010 753,5 699,6

2009 714,9 644,5

2008 713,4 605,4

2007 637,1 534,7

2006 594,2 483,6

2005 568,1 442,8

2004 565,6 448,4

2003 534 421

2002 508,3 456,3

2001 473,4 416,3 Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).

O quadro de exportações do Brasil durante o período de 2002 até 2012 é mostrado

mais adiante, na Tabela 9, sendo o dado correspondente a 2012 apenas uma estimativa. De

acordo com a ANFACER, em 2011, o Brasil exportou para 127 países, totalizando 60,1

milhões de metros quadrados (equivalente a US$ 280,2 milhões).

Tabela 9 – Exportações de revestimentos cerâmicos.

Ano Valor exportado (milhões de m²)

2012 62,5

2011 60,1

2010 62,5

2009 60,7

2008 81,4

2007 102,1

2006 114,5

2005 114

2004 126

2003 103,5

2002 74


Os principais destinos das exportações brasileiras em 2010, em uma sequência

decrescente, foram: Estados Unidos, Paraguai, Argentina, República Dominicana, Chile,

Uruguai, Peru, Angola, Trinidad e Tobago, Reino Unido. Através do Gráfico 2, têm-se uma

visão mais global, em termos de continente.

23

Gráfico 2 – Destinos das exportações brasileiras em milhões de dólares (2010).


3.2 MATÉRIAS-PRIMAS

No que tange à massa cerâmica, ela compõe-se de matérias-primas plásticas (tais

como argila e caulins), que são misturas de argilominerias, e não plásticas, como feldspatos e

feldspatóides, sílica, carbonatos e talcos (BARBA et al., 2002a apud NUNES FREIRE, 2007).

As plásticas são essenciais na fase de conformação, sendo responsáveis por

características tais como plasticidade/trabalhabilidade, resistência mecânica a cru, e

tratamento térmico/sinterização (como estrutura e cor), enquanto que as não-plásticas atuam

mais na fase do processamento térmico. As não-plásticas favorecem a secagem após a

conformação mecânica, e, durante a sinterização, controlam as transformações físico-

químicas, garantem a estabilidade dimensional (calibre) e a densificação, sendo dessa forma,

qualificadas como inertes, vitrificantes e fundentes (MOTTA et al., 2002).

Segundo Schüller (1979, apud GUERINO et al., 2010), cerâmicas triaxiais é um termo

utilizado para se referir a produtos formados por três matérias-primas distintas – caulim,

feldspato e sílica – em que cada uma delas concede ao corpo cerâmico uma característica.

O caulim é responsável pela plasticidade da massa, o feldspato atua como principal

fundente, e, a sílica, na forma de quartzo, ocupa-se com a estrutura da peça. Estes materiais,

usados em diferentes proporções, originam produtos diversos, classificados quanto à sua

temperatura de queima, porosidade e absorção de água (GUERINO et al., 2010).

44,24%

27,7%

16,5%

6,86%

3,56% 1,01% 0,4%

América do Sul

América Central

América do Norte

África

Europa

Ásia

Oceania

24

3.2.1 Caulim

O caulim é um material (ou uma rocha) de granulometria fina, que se constitui de

material argiloso, com baixo teor de ferro (GRIM, 1958 apud DA LUZ et al., 2005). Ele é

composto essencialmente pelo argilomineral caulinita, possuindo um grande número de

propriedades físicas que o faz um mineral bastante utilizado nas indústrias. Dentre elas: é

quimicamente inerte; possui maciez, e não é abrasivo; é de coloração branca ou quase branca;

possui baixa condutividade térmica e elétrica; atua como reforçador na aplicação de cargas

(DA LUZ & DAMASCENO, 1993 apud SOUZA, 2011).

Apesar de ser um material plástico de queima branca, mais abundante que as argilas

plásticas, sua oferta para determinados pólos pode ser afetada por custos elevados de

transporte (MOTTA et al., 1998).

De acordo com o Balanço Mineral Brasileiro de 2001 (apud PINTO, 2007), o caulim

provavelmente está entre os seis minerais mais abundantes do topo da crosta terrestre, sendo

considerado um dos mais importantes.

Essa matéria-prima tem seu ponto de fusão em 1800°C (DA LUZ & DAMASCENO,

1993 apud SOUZA, 2011). Para a sua aplicação em cerâmica são requeridos: plasticidade,

cor, ponto de vitrificação, retração linear, resistência mecânica à deformação, conter teor de

caulinta entre 75 e 85 % e não ter minerais que afetem a cor de queima (DA LUZ et al., 2003

apud SOUZA, 2011).

A plasticidade pode ser definida como sendo a propriedade dos solos finos que

consiste na maior ou menor capacidade de serem moldados em determinadas condições de

umidade. Segundo Santos (1989 apud NUNES FREIRE, 2007), essa propriedade é obtida

através dos limites de Atterberg, correspondendo à porcentagem mínima de água para o

sistema (solo + água) formar uma massa de consistência plástica.

A caulinita só apresenta plasticidade quando sua área específica torna-se superior a

1,80 m2/g de argila. Com isso, percebe-se que a plasticidade está diretamente relacionada à

granulometria das partículas (SANTOS, 1989 apud NUNES FREIRE, 2007).

De acordo com Sousa Pinto (2006), a caulinita é formada por uma camada tetraédrica

e uma octaédrica, o que resulta em uma estrutura de camada 1:1, determinando uma espessura

em cerca de 7Â (1 Angstron = 10-10

m). Sua estrutura atômica pode ser observada através da

Figura 1, onde as camadas encontram-se firmemente empacotadas, com ligações de

hidrogênio que impedem sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas.

25

E sendo as caulinitas formadas por unidades de silício e alumínio, que unem

alternadamente, fazendo com que se obtenha uma estrutura rígida, em consequência disso,

elas são relativamente estáveis em presença de água, uma vez que são compostas por fortes

ligações entre suas estruturas. Devido a isso, os grãos formados são maiores, com menor

superfície específica, menos plasticidade e baixa compressibilidade.

Figura 1 – Estrutura atômica da caulinita.

Fonte: (SOUSA PINTO, 2006).

Dessa forma, a caulinita pode ser representada pelas seguintes fórmulas estruturais:

Al2Si2O5(OH)4 ou Al2O3·2SiO2·2H2O, tendo origem em rochas ígneas básicas e ácidas com

ausência de cálcio, além de ser formada a partir da prevalecente lixiviação e eliminação rápida

de potássio e magnésio (Nunes Freire, 2007). Ela possui composição química teórica de 39,

50% de Al2O3, 46, 54% de SiO2 e 13,96% de H2O (NETTO, 2006).

Uma grande quantidade de caulinita é fundamental na formação da mulita (ABADIR

et al., 2002 apud NUNES FREIRE, 2007), fase responsável por conferir resistência mecânica

ao produto cerâmico. A mulita reforça a matriz vítrea do revestimento porcelânico

(SÁNCHEZ, 2003).

3.2.2 Feldspato

Devido ao seu baixo custo e por ser uma das poucas fontes de compostos alcalinos

insolúveis em água, os feldspatos são os fundentes mais empregados em massas cerâmicas

(NUNES FREIRE, 2007). O termo fundente, de acordo com (RYAN, 1978 apud

BERGMANN et al., 2009), serve para representar uma substância que diminui a temperatura

de formação da fase líquida (fusão), acelerando o processo de sinterização e permitindo

significativas reduções no custo de fabricação.

26

Os feldspatos são os responsáveis iniciais do processo de densificação, que mais

contribui para a diminuição da porosidade das peças de grês porcelanato, conferindo-lhes as

propriedades desejadas (FRABBI et al., 1989 apud BERGMANN et al., 2009). As principais

características que devem ser observadas na escolha de um feldspato são: as fases principais,

as fases secundárias (contaminantes), as impurezas e a granulometria (MUSSOLIN &

DONEDA, 1997 apud BERGMANN et al., 2009).

O incremento no consumo de feldspato no desenvolvimento das formulações dos

porcelanatos, que pode atingir até 50%, em massa, reduziu o ciclo de sinterização de 30-50

horas (ciclo de sinterização lenta) para 60-70 minutos, e, atualmente, já se produz

porcelanatos em intervalos de tempo inferior a 60 minutos. A região sudeste concentra dois

terços das concessões de lavra de feldspato, e nela estão instaladas as principais usinas de

beneficiamento (COELHO et al., 1999 apud NUNES FREIRE, 2007).

Na indústria cerâmica o feldspato é representado por dois minerais: albita

(NaAlSi3O8), feldspato sódico, e ortoclásio (ou microclínio), feldspato potássico. A anortita,

feldspato cálcico, é raramente utilizada, pois se trata de um mineral muito refratário

(MOTTER, 2000 apud DA LUZ & COELHO, 2005).

Comercialmente, se designa feldspato potássico àquele que contém 10% ou mais de

K2O, em massa; sódico aquele que contém 5% ou mais de Na2O; e, feldspato sódico-potássico

aquele em que a soma de K2O e Na2O é maior que 7% (NUNES FREIRE, 2007).

Os feldspatos sódicos são caracterizados por apresentar baixo ponto de fusão (em

torno de 1.170°C), bem como retração e fusibilidade dependentes da temperatura. A massa

fundida do feldspato sódico tem viscosidade mais baixa. Por isto, na indústria cerâmica o

feldspato sódico é mais propenso à formação de peças empenadas ou deformadas. Os limites

térmicos para trabalhar são mais estreitos (MOTTER, 2000 apud DA LUZ & COELHO,

2005).

Por outro lado, ainda conforme Motter (2000 apud DA LUZ & COELHO, 2005), os

feldspatos potássicos têm um ponto de fusão mais elevado, aproximadamente 1500°C, e seu

comportamento cerâmico se dá de forma mais progressiva. A massa fundida proveniente do

feldspato potássico apresenta maior viscosidade e dessa forma os limites térmicos de trabalho

são relativamente mais amplos.

Sendo assim, na utilização de feldspatos para a produção de revestimentos cerâmicos

admite-se a preferência do tipo potássico, por ser menos reativo que o sódico

(CAVALCANTE et al., 2008).

27

Há ainda um grupo de minerais quimicamente semelhantes aos feldspatos,

denominados de feldspatóides, que, no entanto se diferenciam dos feldspatos por conterem

menor quantidade de sílica (DANA, 1970).

No Brasil, a principal fonte de feldspato está nos pegmatitos, chegando estes a

portarem feldspato de alta qualidade (COELHO et al., 2000). Isto se deve aos seus grandes

cristais, pureza e abundância. Na província da Borborema, Nordeste, e na província Oeste,

Estado de Minas Gerais, encontram-se os principais depósitos de pegmatitos do Brasil. Essas

províncias fornecem feldspatos potássicos e feldspato sódico para as indústrias cerâmicas

(MOTTA et al., 2002).

As principais empresas brasileiras produtoras de feldspato são: Armil, Estrela do Sul,

Cerâmus, Jundu, M.C.I, Gruppo Minerali, Nossa Senhora da Luz, Pegnor, Quartzomex e

Remina (DA LUZ & COELHO, 2005).

3.2.3 Quartzo

Existem diferentes variedades cristalinas da sílica (SiO2) a pressão atmosférica, para

posterior utilização ou síntese. As principais destas são: quartzo, tridimita e cristobalita.

Através da Figura 3.2 podem ser visualizados os intervalos de temperatura e as

diferentes variedades cristalinas estáveis da sílica à pressão atmosférica, em que as espécies

químicas são quartzo, tridimita e cristobalita. Destas, o quartzo é o mais próximo de um

composto químico puro, apresentando propriedades físicas constantes. A 573 ºC e a pressão

atmosférica, o quartzo-α se transforma instantaneamente em quartzo-β, proporcionando um

apreciável aumento simultâneo de volume. Nessa mesma temperatura deve-se tomar um

cuidado especial na etapa de resfriamento, pois o quartzo livre existente sofrerá a

transformação da fase para β a α, o que não deve ocorrer de forma brusca. Caso ocorra, a

matriz cerâmica estará submetida à tração e as propriedades mecânicas do corpo poderão ficar

comprometidas (SANTOS et al., 1999 apud NUNES FREIRE, 2007).

28

Figura 2 – intervalos de temperatura e as diferentes variedades cristalinas estáveis da sílica, à

pressão atmosférica.

Quartzo-

β

870

°C Tridimita-

β1+ β2

1.470

°C Cristobalita-

β

1.710

°C Líquido

→ → →

← ← ←

573

ºC

117-

163 ºC 218 ºC

Quartzo-

α

Tridimita-

α1+α2

Cristobalita-

α

Fonte: (BARBA et al., 2002b apud NUNES FREIRE, 2007).

Com base na Figura 2, Barba et al. (2002b apud NUNES FREIRE, 2007) cita:

“A tridimita é, termodinamicamente, a forma mais estável de SiO2 no intervalo de

temperaturas 870-1.470 ºC, a pressão atmosférica. A maiores temperaturas se

transforma em cristobalita-β e, a baixas temperaturas, em quartzo-β. A cristobalita-β

é estável a pressão atmosférica desde 1.470 ºC até a temperatura de fusão a 1728

ºC, então, produzindo-se a transformação reversível em tridimita a 1.470 ºC. A

transformação de α β na cristobalita ocorre com um aumento de volume de 3%.

Este aumento de volume, em peças cerâmicas que contêm esta espécie mineralógica,

causa rupturas (trincas) durante o processo de sinterização, preferentemente na etapa

final de resfriamento”.

O quartzo atua de forma a reduzir a retração e distorção da peça cerâmica

(ALBUQUERQUE et al., 2007). Nele, as partículas são equidimensionais, como cubos ou

esferas, e apresentam baixa atividade superficial (SOUSA PINTO, 2006).

O quartzo cria uma boa estrutura, dá estabilidade à massa na secagem e na queima,

sendo o responsável pela resistência mecânica final da peça após a queima. Atua diminuindo a

plasticidade da massa em virtude das partículas de sílica (SiO2) e possibilita um aumento na

velocidade de deposição das massas nos processos de conformação das peças

(CAVALCANTE et al., 2008). O tamanho de partícula do quartzo é essencialmente

importante na resistência do porcelanato, pois como discorrem (CHATTERJEE et al., 2001),

as menores partículas de quartzo correspondem aos maiores valores de resistência á flexão.

O quartzo aumenta a permeabilidade da peça cerâmica crua e o coeficiente de

dilatação da peça sinterizada, evitando que a mesma sofra variação dimensional (calibre) após

29

a etapa de sinterização (NUNES FREIRE, 2007). Na sinterização faz-se necessária a presença

do quartzo com o intuito de diminuir a retração do corpo cerâmico, além de reduzir a

tendência de o corpo cerâmico sofrer empenamento e deformação (ABADIR et al., 2002 apud

NUNES FREIRE, 2007).

3.3 RESÍDUOS SÓLIDOS INDUSTRIAIS NO SETOR CERÂMICO

Nos últimos anos, o setor industrial de pisos e revestimentos cerâmicos tem dedicado

um esforço muito importante para aperfeiçoar o processo de fabricação, melhorar a qualidade

do produto acabado e aumentar a competitividade nos seus diversos mercados no mundo. Na

busca destes objetivos, vários aspectos chegaram a preocupar os empresários. E dentre estes

está à questão dos impactos causados ao meio ambiente (MONFORT & ENRIQUE, 1996;

ZANDONADI, 1988).

O aumento das imposições da legislação ambiental, bem como as exigências do

mercado quanto a produtos fabricados que não prejudiquem o meio ambiente fez com que as

empresas se voltassem para estudos que busquem minimizar o impacto ambiental (GUERINO

et al., 2010). De acordo com a ISO 14040 (apud CASAGRANDE et al., 2008), as indústrias

de fabricação e transformação de materiais produzem, em maior ou menor grau, certa

quantidade de resíduos que nem sempre são reaproveitados ou têm um destino

ecologicamente correto. Em alguns casos, estes produtos secundários podem ser reutilizados

diretamente ou podem ser aproveitados como matéria-prima básica em outros processos

industriais.

A utilização dos resíduos pelas indústrias cerâmicas pode ser viabilizada pela

substituição de uma ou mais matérias-primas da composição original por resíduo, mantendo-

se o processo de produção igual ao convencionalmente utilizado, a fim de que as propriedades

do produto sejam reproduzidas (SCARINCI et al., 2000 apud CASAGRANDE et al., 2008).

A forte razão para que esta utilização de resíduos seja uma prática frequente está no

alto custo de extração das matérias-primas e nos danos ambientais associados, além do

esgotamento de reservas confiáveis e da conservação de fontes não renováveis (GUERINO et

al., 2010).

30

3.3.1 Scheelita

A scheelita é um tungstato de cálcio, com composição: CaWO4, sendo 19,4 % de CaO

e 80,6 % de WO3 (DANA, 1974 apud FERNANDES et al., 2009).

No Brasil, é encontrada principalmente no Nordeste, tendo como destaque os estados

do Rio Grande do Norte e da Paraíba, e em menor proporção, no Ceará. A Mina Brejuí,

localizada no município de Currais Novos/RN é considerada a maior mina de scheelita da

América do Sul (GODEIRO et al., 2010).

Segundo Fernandes et al. (2009), no município de Currais Novos/RN existe uma

quantidade muito grande de rejeitos do beneficiamento de scheelita, resultando em um grande

passivo ambiental. Estudos já comprovaram a viabilidade técnica de processar esses rejeitos

por uma rota de lixiviação alcalina utilizando EDTA (ou ácido etilenodiaminotetracético).

A quantidade de rejeito das pilhas da Mineração Tomaz Salustino - Mina Brejuí, que

se localiza no município de Currais Novos, é de aproximadamente 814.080 toneladas, pilha

menor, e 2.296.320 toneladas, pilha maior. Durante o tempo de operação, até a sua

paralisação, estima-se que tenham sido processadas entre 5.000.000 e 5.500.000 toneladas de

minério. E o descarte de rejeito fino corresponde a um valor entre 1.000.000 e 1.500.000

toneladas (CARVALHO et al., 2002 apud FERNANDES et al., 2009).

De acordo com a caracterização química do rejeito de scheelita de alimentação para

concentração centrífuga e do pré-concentrado desse rejeito, apresentado por Godeiro et at.

(2010), os principais óxidos presentes são CaO e SiO2, indicando que os minerais mais

importantes em quantidade devem ser a calcita e o quartzo, como é possível analisar através

das Tabelas 10 e Tabela 11.

Tabela 10 – Caracterização química do rejeito de alimentação para concentração centrífuga.

Análise química (fluorescência) Rejeito de alimentação

CaO 50,27%

SiO2 25,9 %

Fe2O3 7,47%

Al2O3 9,57 %

K2O 1,77 %

TiO2 0,62 %

WO3 0,11 %

Outros 4,3 %

Fonte: (GODEIRO et al., 2010).

31

Tabela 11 – Caracterização química do pré-concentrado do rejeito de scheelita.

Amostra

1

Amostra

2

Amostra

3

Amostra

4

Amostra

5

Média

Final

CaO 36,62 % 36,86 % 36,15 % 36,21 % 35,42 % 36,25 %

SiO2 42,14 % 42,33 % 42,61 % 42,56 % 42,82 % 42,49 %

Fe2O3 6,83 % 6,69 % 6,70 % 6,75 % 6,50 % 6,69 %

Al2O3 11,06 % 10,78 % 11,07 % 11,06 % 12,11 % 11,22 %

K2O 1,62 % 1,61 % 1,68 % 1,58 % 1,58 % 1,61 %

TiO2 0,59 % 0,58 % 0,60 % 0,57 % 0,50 % 0,57 %

MnO 0,42 % 0,44 % 0,41 % 0,43 % 0,40 % 0,42 %

WO3 0,32 % 0,34 % 0,35 % 0,38 % 0,31 % 0,34 %

Outros 0,40 %

Fonte: (GODEIRO et al., 2010).

3.4 PORCELANATO

3.4.1 Definição

De acordo com Menegazzo et al. (2000), o nome grês porcelanato derivou-se das

seguintes terminologias: o grês, que consiste em um material cerâmico com estrutura

compacta, característica de uma fase cristalina imersa em uma fase vítrea; e o porcelanato,

que se refere às características técnicas do produto, os quais se assemelham às da porcelana. O

grês porcelanato é um produto de corpo colorido, podendo ser ou não decorado

superficialmente (SÁNCHEZ et al., 2001).

Oliveira (1998) cita que:

O grês porcelanato, sem dúvida, é atualmente a cerâmica de revestimento que

apresenta as melhores características técnicas e estéticas, em confronto com as

demais categorias de cerâmicas tradicionais encontradas no mercado. Tal sucesso se

deve a um longo processo de desenvolvimento e amadurecimento tecnológico, que

permitiu a elaboração de um material constituído por fases cristalinas de elevada

dureza e muito denso. Do ponto de vista técnico, ele é um material polifásico

contendo cerca de 40% de fase vítrea e porosidade residual.

32

Nesses últimos anos, muitos termos têm surgido rapidamente, como revestimento

porcelânico “técnico” (para se referir ao revestimento porcelânico não esmaltado),

“vermelho” (para indicar que a peça do produto foi feita com argila com alto teor de óxido de

ferro) e “semitécnico”, para o produto que não alcança os níveis de desempenho do “técnico”.

Em relação ao revestimento porcelânico “vermelho” (formulado inteiramente com argilas

vermelhas espanholas), pode-se dizer que o termo porcelânico não deveria ser aplicado, já que

este não é um produto sinterizado branco, colorido pela adição de pigmentos, e não é feito

com a composição básica da porcelana. Grês vermelho com baixa abosrção d’água seria,

provavelmente, um termo mais apropriado (SÁNCHEZ, 2003a).

Em virtude da grande competitividade entre as empresas, surgiu o termo “grês

porcelanato modificado”, que corresponde à substituição do fundente feldspático por fritas

(RINCÓN & ROMERO, 2001). Este termo demonstra a rápida evolução da composição

triaxial, tanto em nível laboratorial como em nível industrial (NUNES FREIRE, 2007).

3.4.2 Características

Existe uma “efervescência” no setor de revestimentos cerâmicos pela produção, por

suas características e por suas grandes expectativas de mercado (NUNES FREIRE, 2007).

Heck (1996) afirma que o porcelanato é semelhante a pedras naturais, entretanto, com

características que apresentam melhor desempenho:

i. Maior resistência química, tornando-se apto ao uso em laboratório e indústrias;

ii. Impermeabilidade, e com isso, sendo mais resistente a manchas, assim como

possuindo maior facilidade de limpeza;

iii. Maior resistência à abrasão, o que o torna recomendável para áreas de altíssimo

tráfego;

iv. Uniformidade de cores entre as peças;

v. Menor peso e menor espessura, apesar da maior resistência mecânica;

vi. Facilidade de assentamento – uma vez que um assentador de cerâmica tradicional é

capaz de assentá-lo.

Assim, esse produto pode ser considerado um material no qual a sinergia entre a

tecnologia de produção e as propriedades físico-mecânicas (tais como densidade, resistência à

flexão, dureza e resistência ao desgaste), é excelente. Suas características permitem a sua

utilização em ambientes externos e internos garantindo uma alta confiabilidade e resistência a

vários tipos de condições adversas (WIGGERS et al., 2007).

33

3.4.3 Propriedades

O grês porcelanato possui absorção d’água muito baixa, e trata-se de um revestimento

cerâmico de excelentes características técnicas, destacando-se sua elevada resistência

mecânica, ao risco e ao ataque químico (SÁNCHEZ et al., 2001).

Riella et al. (2002) relata ainda que o produto é, dentre os materiais cerâmicos para

pavimentação, aquele que melhor se presta a solicitações de desgaste, em consequência da sua

elevada dureza superficial.

Contudo, uma exposição bastante interessante realizada por Nunes Freire (2007)

retrata o quanto o conceito de grês porcelanato evoluiu, enfatizando que a propriedade

absorção d’água, e seus baixíssimos valores devido ao elevado percentual de fase vítrea

(amorfa), quanto mais próximo de zero melhor, bem como é a que melhor caracteriza o

produto, levando a todas as demais propriedades (elevada resistência mecânica, elevada

resistência ao gelo, elevada resistência química, elevada dureza/resistência ao risco, baixa

condutividade elétrica, dentre outras).

3.4.4 Composição

Segundo Nunes Freire (2007), os porcelanatos resultam de uma combinação de

matérias-primas que compõem um sistema triaxial (argila-fundente-sílica), e dependendo do

tipo dessas matérias-primas, faz-se necessário a adição de pequenos teores de talco ou outro

fundente igualmente energético. Essas adições servem para correção de variações

dimensionais durante e após a etapa de sinterização da massa cerâmica.

A Tabela 12 apresenta a composição química das matérias-primas para um

porcelanato de base branca.

34

Tabela 12 – Composição química das matérias-primas (% em massa) para grês porcelanato de

base branca.

Caulim

Quartzo

Feldspato Sódico

Feldspato Potássico

SiO2 47 99 72 66

Al2O3 38 0,70 17 18

Fe2O3 0,39 0,04 0,05 0,04

TiO2 0,03 - 0,08 0,04

CaO 0,10 0,05 0,02 0,03

MgO 0,22 0,05 0,10 0,02

Na2O 0,81 - 9,5 0,08

K2O 0,15 - 0,30 14,7

PF 13,0 0,21 0,20 0,09 Fonte: (SÁNCHEZ et al, 2001 apud NUNES FREIRE, 2007).

Da Tabela 12, Nunes Freire (2007) faz as seguintes avaliações:

i) O caulim é bastante plástico, visto que os teores de sílica e alumina têm valores

próximos, além de seu Ponto de Fusão (PF) ser elevado. Quanto mais alto o

PF, mais plástico é o material;

ii) Todas as matérias-primas implicarão num produto final de elevada brancura,

pois os óxidos cromóforos, óxido férrico e dióxido de titânio, têm valores

consideravelmente baixos, e inferiores a 3% - principalmente para o óxido

férrico;

iii) No caulim, os óxidos compostos de alcalinos terrosos têm baixíssimos valores,

quando comparados aos óxidos majoritários. Sendo assim, a ação desses é

irrelevante, tanto na formulação da massa cerâmica, como no produto final;

iv) Os óxidos de metais alcalinos agem igualmente aos terrosos e, seus valores

também são irrelevantes no caso do caulim.

As matérias-primas devem apresentar baixo teor de óxido de ferro, tendo em vista que

a eficácia dos pigmentos que são adicionados à composição para colori-la depende

diretamente da brancura do produto queimado (SÁNCHEZ et al., 2001).

A matéria orgânica é tida como uma impureza nas argilas, principalmente as

vermelhas. Ela origina defeitos durante o processo de fabricação, principalmente quando

empregado ciclo de sinterização rápida, não permitindo a oxidação dos óxidos de ferro

presentes e produzindo deformações nas peças sinterizadas (SÁNCHEZ et al., 1996 apud


Óxidos

35

Logo abaixo, na Tabela 13, tem-se um intervalo de percentuais gerais de matérias-

primas para a fabricação do porcelanato.

Tabela 13 – Intervalo de variação de matérias-primas típicas utilizadas na fabricação de grês

porcelanato.

Matéria-prima Intervalo de variação (%)

Argilas 30–55

Feldspatos 35–50

Areias feldspáticas 5–20

Caulins 0–20

Talco – Magnesita – Dolomita 0–4

Silicato de zircônio – Alumina 0–5

Pigmentos 0–5

Fonte: (LLORENS, 2000 apud NUNES FREIRE, 2007).

3.4.5 Fabricação

3.4.5.1 Escolha dos materiais

A seleção adequada de matérias-primas deve ter como critérios básicos as

propriedades requeridas ao produto final e as características inerentes ao processamento

cerâmico a que serão submetidas.

3.4.5.2 Preparação dos materiais

A preparação dos materiais consiste na secagem dos materiais, seguida da seleção por

tamanho de partículas ( < 74 m).

O material selecionado é moído em moinhos cilíndricos de grande dimensão, que

proporcionam elevada finura à massa e pequenos valores de absorção de água (SOUZA,

2007).

A moagem é uma etapa onde o controle sobre a granulometria deve ser mantido para

garantia das condições de compactação e características do produto pós-queima (HECK,

1996). Segundo Rosso et al. (2005), uma moagem não eficiente chega a comprometer a

reatividade da massa durante a queima.

36

3.4.5.3 Caracterização dos materiais

3.4.5.3.1 Caracterização Mineralógica

A caracterização mineralógica determina quais os minerais de interesse, bem como

quantifica a distribuição dos elementos úteis entre os minerais, além de estudar as texturas da

rocha e definir diversas propriedades físicas e químicas destes minerais, gerando informações

potencialmente úteis na definição das rotas de processamento. (LUZ et al., 2004 apud

GODEIRO et al., 2010).

3.4.5.3.2 Caracterização Química

A análise química permite detectar os diferentes elementos químicos presentes no

material e em determinadas circunstâncias permite quantificá-los. Detecta, inclusive,

elementos químicos presentes em concentrações muito reduzidas (GODEIRO et al., 2010).

3.4.5.4 Formulação das massas cerâmicas

Para se formular a massa do grês porcelanato, é necessário que se leve em

consideração os critérios listados pelo ITC (2003, apud Nunes Freire, 2007):

i) Moderada densidade aparente a seco: > 1,9 g/cm3.

ii) Baixa expansão após a prensagem da massa e baixa retração após secagem:

- Expansão após prensagem: < 1,0 %.

- Retração após secagem: < 0,3 %.

iii) Moderada resistência mecânica a seco: > 20 MPa.

iv) Ausência de impurezas.

v) Fusibilidade (fundência) adequada nas temperaturas de trabalho.

- Temperatura: (1180-1230) ºC.

vi) Moderada viscosidade da fase vítrea.

Para uma composição triaxial de argila caulinítica – feldspato sódico – quartzo, os três

óxidos majoritários serão SiO2, Al2O3, e Na2O, para cada uma dessas matérias-primas. Estes

óxidos (% em massa dos óxidos na composição química) são responsáveis pela contribuição

química que determinará as propriedades finais do produto cerâmico sinterizado (NUNES

FREIRE, 2007). Dessa forma, com base neles, o diagrama ternário de equilíbrio de fases será

o de Na2O-Al2O3-SiO2, ilustrado na Figura 3.

37

Figura 3 – Diagrama de equilíbrio de fase do sistema Na2O- Al2O3- SiO2.

Fonte: (ALPER, 1995 apud NUNES FREIRE, 2007).

O método de formulação proposto no presente trabalho é o mesmo de Nunes Freire

(2007), que, por sua vez, utilizou o método sugerido por (MORELLI, 2000). Este método é

um método geral, composto por dois outros que se complementam: o matemático e o

geométrico.

O método matemático adequa equações que satisfazem a estequiometria da

composição química da fase desejada, em porcentagens em massa dos óxidos que a

constituem, ou do ponto de interesse localizado no diagrama de fases correspondente ao

sistema que compõe a massa cerâmica que se pretende. Já o método geométrico tem como

objetivo principal servir como recurso visual, podendo-se verificar a possibilidade de solução

antes de exaustivos cálculos (MORELLI, 2000).

Recomenda-se que seja utilizado primeiramente o método geométrico, uma vez que o

sistema de equações pode não possuir solução (caso uma ou mais matérias-primas não forem

apropriadas para a composição pretendida), ou até mesmo, possuir infinitas soluções (NUNES

FREIRE, 2007).

38

3.4.5.5 Preparação das massas cerâmicas

O processo de preparação de massa pode se dar através de processo via úmida ou via

seca. De acordo com a Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimento

– ANFACER, 72% da produção brasileira de revestimentos cerâmicos são realizados pelo

processo de via seca e 28% via úmida.

O processo à via úmida é um pouco mais complexo, já que a massa pode ser composta

através da mistura de diferentes tipos de argilas que, adicionadas à água, formarão uma massa

mais uniforme quando comparada à massa obtida através do processo de via seca

(CONSTANTINO et al., 2006). Ainda assim, o desenvolvimento do processo via seca foi

uma das maiores conquistas da indústria brasileira de revestimentos cerâmicos, haja vista que

permitiu a fabricação de revestimentos com características técnicas que se enquadram dentro

das exigências das normas internacionais, e que dificilmente podem ser distinguidos dos

produzidos via úmida (CABRAL JÚNIOR et al., 2010).

Conforme Lolli et al. (2000 apud NUNES FREIRE, 2007), as vantagens gerais do

processo via seca em relação ao via úmida referem-se a:

i. Menores custos energéticos, sobretudo de energia térmica;

ii. Eliminação dos custos referentes aos defloculantes e aditivos;

iii. Menores custos de manutenção; e,

iv. Menor impacto ambiental (Redução de emissões quentes dos processos de secagem

dos pós, reduzindo o insumo energético e as consequentes emissões de gás carbônico

na atmosfera).

Tudo isso se resume a uma vantagem geral de produção: a elevada produtividade em

relação ao via úmida (LOLLI et al., 2000 apud NUNES FREIRE, 2007). Devido ao fato da

rota consumir apenas um tipo de matéria-prima (o que leva a gastos menores na produção e

transporte das substâncias minerais), esse processo tem como diferencial competitivo o custo

relativamente baixo de produção (CABRAL JÚNIOR et al., 2010).

Para Boschi (2008), o desenvolvimento dos produtos via seca (compatíveis com o

perfil econômico dos consumidores brasileiros) é uma das principais razões para o destaque

dos revestimentos cerâmicos brasileiros no cenário internacional e nacional. No que tange à

qualidade dos produtos da via seca, houve, a partir de meados da década passada,

aprimoramentos importantes, sendo que nos últimos anos as placas produzidas por esse

processo superam as exigências das normas e são aceitas em alguns dos mercados mais

39

exigentes do mundo, tais como os EUA e vários países europeus (CABRAL JÚNIOR et al.,

2010).

3.4.5.6 Caracterização das massas cerâmicas

Esta etapa consiste nas seguintes caracterizações:

3.4.5.6.1 Caracterização Mineralógica

Dentre as várias técnicas de caracterização de materiais, a técnica de difração de raios-

X é a mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais cerâmicos

(ALBERS et al., 2002). Essa técnica implica na caracterização físico-mineralógica,

determinando qualitativamente os minerais argilosos e não argilosos presentes nos materiais,

auxiliando, portanto, no planejamento da formulação da massa cerâmica (NUNES FREIRE,

2007).

A técnica ocorre segundo a Lei de Bragg (Equação 1), que estabelece a relação entre o

ângulo de difração e a distância entre os planos que a originaram (característicos para cada

fase cristalina):

nr . d.sen1)

onde,

nr = ordem de reflexão (número inteiro)

Dentre as vantagens da técnica de difração de raios X para a caracterização de fases,

destacam-se a simplicidade e rapidez do método, a confiabilidade dos resultados obtidos (pois

o perfil de difração obtido é característico para cada fase cristalina), a possibilidade de análise

de materiais compostos por uma mistura de fases e uma análise quantitativa destas fases

(ALBERS et al., 2002).

3.4.5.6.2 Caracterização Química

A técnica mais comum para a determinação da composição química dos materiais

cerâmicos é a de espectrometria de fluorescência de raios-X, que consiste em determinar o

comprimento de onda e a intensidade das radiações fluorescentes, ou secundárias, que os

elétrons mais internos emitem quando são submetidos a um feixe de raios-X de alta energia

40

(primárias), permitindo dessa maneira, que as radiações caracterizem cada elemento (Si, Al,

Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, Mn e P), qualitativa e quantitativamente (BARBA et al., 2002 apud


Os óxidos possíveis são listados em Barba et al. (2002 apud NUNES FREIRE, 2007):

SiO2, Al2O3, Fe2O3 e TiO2, K2O e Na2O, CaO (encontrado normalmente em forma de calcita,

CaCO3, ou dolomita) e MgO.

A caracterização química determina também o percentual da perda ao fogo (PF), que é

geralmente indicada ao final da tabela referente à composição química. Afirma Gomes (1986,

apud NUNES FREIRE, 2007) que a perda ao fogo corresponde a um processo de calcinação e

é determinada analiticamente por:

C S

S

M MPF 100

M

(GOMES, 1986 apud NUNES FREIRE, 2007),

(2)

onde,

MC = massa em gramas da amostra calcinada a 1.000 ºC (permanecendo duas horas nesta

temperatura);

MS = massa em gramas da amostra seca a 110 ºC durante 24 horas.

3.4.5.6.3 Caracterização Física

i. Análise Granulométrica / Distribuição do Tamanho de Partícula

O menor tamanho de partícula está relacionado à plasticidade, a sua reatividade na

etapa de sinterização e a uma melhor característica superficial (brilho) final do produto.

(SANTOS, 2002 apud NUNES FREIRE, 2007).

A determinação da Distribuição do Tamanho de Partícula, ou DTP, é realizada através

de peneiras para tamanhos de partículas até a medida de 50 m. Para tamanhos inferiores a

esse, a classificação granulométrica é realizada através de sedimentação gravimétrica

(SANTOS, 2002 apud NUNES FREIRE, 2007). Com isso, tem-se que a análise

granulométrica consiste em dois processos distintos: o de peneiramento (para material grosso)

e sedimentação (para material fino).

41

ii. Análises Térmicas

O método da análise da curva Térmica Diferencial, associado ao da curva térmica

gravimétrica, consiste no aquecimento com taxa constante, da amostra, juntamente com uma

substância termicamente inerte, registrando as diferenças de temperatura e de massa, entre

amostra e o padrão inerte (NUNES FREIRE, 2007).

3.4.5.7 Conformação das massas cerâmicas por prensagem uniaxial

A prensagem é a etapa onde, além da conformação, busca-se uma redução da

porosidade interna. A pressão específica de compactação varia de 400 a 500 kg/cm²,

requerendo-se para esta finalidade prensas hidráulicas com capacidade de até 5000 toneladas

(HECK, 1996). Durante essa etapa surge a peça propriamente dita, no tamanho e modelo

desejados.

A prensagem uniaxial de ação simples é a técnica de conformação de peças mais

empregada no processamento de materiais cerâmicos. Nessa técnica, ou na de dupla ação

(movimento uniaxial dos punções inferior e superior), o conjunto de ações sincronizadas nas

distintas etapas de prensagem é denominado de ciclo de prensagem ou programa de

compactação. O ciclo normalmente empregado na conformação de revestimentos cerâmicos

corresponde as seguintes etapas: preenchimento da matriz/molde; primeira prensagem;

período de desaeração; segunda prensagem e extração da peça (corpo cerâmico). Embora seja

a mais empregada no processamento de materiais cerâmicos, uma vez que é realizada de

maneira inadequada, conduz aos seguintes problemas e defeitos mais frequentes (ALBARO,

2001b apud NUNES FREIRE, 2007):

i. Compacidade inadequada da peça, pois está intimamente relacionada à falta de

controle na preparação da massa, principalmente no tocante ao teor de

umidade;

ii. Desgaste da matriz por abrasão, o que leva a mudança progressiva nas

dimensões da peça e conseqüente deterioramento de sua textura superficial;

iii. Formação de trinca, que resulta de desenho inadequado da matriz, excesso de

ar aprisionado, excessiva expansão da peça e elevada fricção entre a peça e a

parede da matriz, ambas durante a extração.

42

Caso seja realizada uma prensagem ou sinterização incorreta, defeitos como calibre e

falta de esquadro serão apresentados, o que ocasionará a perda da qualidade do produto final

(AMORÓS et al., 2004 apud NUNES FREIRE, 2007).

No caso das peças de grês porcelanato, principalmente as de grande formato

(60x60cm2), em relação aos outros tipos de pavimento, a existência de maiores problemas de

estabilidade dimensional (principalmente de calibre) deve-se ao fato da porosidade final do

produto ser menor e sua compacidade mais baixa. Na prática, se o produto final é retificado e

polido, os problemas de estabilidade dimensional podem ser sanados (NUNES FREIRE,

2007).

3.4.5.8 Secagem

Após a fase de prensagem, as peças cruas seguem para a de secagem, que tem por

finalidade deixar um índice mínimo de umidade na mesma. Dessa forma, após a realização da

etapa de secagem ficam estabelecidas as condições iniciais da peça para a sinterização.

3.4.5.9 Sinterização

A sinterização é amplamente utilizada na fabricação de peças metálicas, cerâmicos e

compósitos metal-cerâmico (SILVA & ALVES JUNIOR, 2007 apud SOUZA, 2011). Nesta

etapa, a massa de partículas já conformada ganha resistência mecânica e adquire quase todas

as suas propriedades finais (SILVA, 1998 apud SOUZA, 2011).

Segundo Brito et al. (2007 apud SOUZA, 2011), a aplicação de calor durante ou após

a compactação visa aumentar a ligação entre as partículas. Este processo de aquecimento, que

ocorre abaixo do ponto de fusão, é conhecido como sinterização.

É, inclusive, nesta etapa que é reduzida a porosidade da peça cerâmica, pois o aumento

dessa temperatura faz com que as imperfeições e poros diminuam, aumentando também a

densidade do material, bem como diminuindo suas dimensões.

Dessa forma, através de um tratamento térmico, um compactado de pós, que pode ser

de materiais cristalinos ou não, é transformado em um corpo rígido devido o processo de

transporte de matérias que geralmente ocorre em escala atômica (GERMAN, 1996 apud

MASCARENHAS, 2011).

43

Para os revestimentos cerâmicos, geralmente se dá por ciclos térmicos rápidos, que

correspondem a altas taxas de aquecimento e resfriamento, e, no patamar da temperatura

máxima, não excede os 7 minutos (OLIVEIRA, 1998).

O porcelanato é fabricado através ciclos simples de sinterização rápida, principalmente

os rústicos (ou não esmaltados) (NUNES FREIRE, 2007). Esses ciclos obedecem a um

intervalo de tempo (TTotal), de frio-a-frio, no máximo de 60 min, com intervalo de

temperatura (ΔT) máxima entre 1.190 ºC e 1.220 ºC (LLORENS, 2000 apud NUNES

FREIRE, 2007). Também são encontrados em outras fontes de pesquisa, outros valores para

essas variáveis de sinterização,: ΔTTotal = (40 a 50) min e ΔT = (1.200 a 1.230) ºC (ABADIR

et al., 2002 apud NUNES FREIRE, 2007); ΔtTotal = 5 min e ΔT = (1.100 a 1.240) ºC

(SÁNCHEZ-MUÑOZ et al., 2002) dentre outros.

A Tabela 14 resume os prováveis eventos (reações) durante a evolução da sinterização

(incremento da temperatura) de um corpo cerâmico formulado com massa triaxial. Essa massa

é, segundo Nunes Freire (2007), composta de aproximadamente 50% de argila, 25% de

quartzo e 25% de feldspato, e qualquer alteração das características de uma das matérias-

primas ou percentuais dessas na composição provoca mudanças nas reações e/ou temperaturas

previstas.

Tabela 14 – Histórico provável das reações que ocorrem com a temperatura no processo de

sinterização de um corpo cerâmico formulado com massa triaxial.

Temperatura

(ºC) Reações

Acima de 100 Perda da umidade.

100 - 200 Remoção da água adsorvida

450 Desidroxilação.

573 Inversão do quartzo (quartzo quartzo), pequena

mudança global de volume.

980 Formação de espnélio da argila, início da retração.

1.000 Formação de mulita primária.

1.050 - 1.100 Formação de vidro do feldspato, crescimento de mulita, continuação da

retração.

1.200 Mais vidro, crescimento de mulita, fechamento de poros,

alguma solução do quartzo.

1.250 60% de vidro, 21% de mulita, 19% de quartzo, porosidade mínima.

Fonte: (GHORRA, 1993 apud NUNES FREIRE, 2007).

A seguir tem-se a curva de gresificação (Figura 4), ilustrando o comportamento

térmico do material, determinando a mínima temperatura possível na qual ocorre o máximo

44

de estabilidade dimensional (SÁNCHEZ-MUÑOZ et al., 2002b apud NUNES FREIRE,

2007).

A curva de gresificação é a representação gráfica que demonstra simultaneamente os

efeitos das variações da absorção de água (AA) e retração linear (RL) do material com a

temperatura de queima. Segundo Melchiades et al. (1996 apud NUNES FREIRE, 2007), ela

permite a avaliação da tolerância de uma massa a variações de temperatura e condições de

processamento, tornando-se um instrumento de controle de qualidade que serve para

monitorar possíveis variações de composição entre diferentes lotes de uma mesma matéria-

prima.

Constata-se que o mínimo de absorção d’água coincide com o máximo de retração

linear, que corresponde à temperatura ótima de sinterização To. Observa-se também, que para

temperaturas superiores a To, os valores de retração linear e absorção d’água se mantêm

constantes, ocorrendo, portanto, a estabilidade dimensional, que é uma característica essencial

nos revestimentos cerâmicos (SÁNCHEZ-MUÑOZ et al., 2002b apud NUNES FREIRE,

2007).

Figura 4 – Curvas 1 e 2 (exemplos de curvas de gresificação).

Fonte: (SANCHEZ-MUÑOZ et al., 2002b apud NUNES FREIRE, 2007).

A curva 1 está em concordância com o comportamento térmico geral de massas

cerâmicas de grês porcelanato (MELCHIADES et al., 1997 apud NUNES FREIRE, 2007). Já

a curva 2, não atinge as mesmas características em virtude de a temperatura do máximo de

retração linear, Tno, não coincidir com a temperatura correspondente ao mínimo de absorção

45

d’água. Nesse caso, a conclusão a que se chega é que em relação à curva 2, é comum não

atingir os valores de absorção d’água próximos a zero (NUNES FREIRE, 2007).

Para temperaturas superiores a Tno, a curva de retração linear cai, devido aos

fenômenos de dilatação serem superiores aos de retração, enquanto os valores de absorção

d’água continuam diminuindo até que seja estabilizado, para depois aumentar (SÁNCHEZ-

MUÑOZ et al., 2002b apud NUNES FREIRE, 2007).

A maioria das reações que ocorrem durante a sinterização são processos cineticamente

governados que não atingem o equilíbrio termodinâmico, desde que os ciclos industriais são

menores do que 1 h, tornando-se comum encontrar na estrutura final do produto, cristais de

quartzo e feldspato que não tenham sido transformados inteiramente (LEONELLI et al., 2001

apud NUNES FREIRE, 2007). Para a utilização dos ciclos rápidos são tomadas precauções

para que não haja deformação de peças. Essas podem ocorrer por formação de grande

quantidade de fase líquida, devido aos altos teores de fundentes energéticos (causando a

piroplasticidade), trincas por variação volumétrica devido às transformações de fase,

acompanhadas de altas taxas de aquecimento e, principalmente de resfriamento.

3.4.5.10 Caracterização Física

Após a etapa de sinterização ocorre a caracterização física. Essa caracterização

consiste na análise das propriedades abaixo discriminadas.

3.4.5.10.1 Retração Linear

A Retração Linear (RL) se refere a quanto determinada peça perde em tamanho

durante o processo de sinterização.

3.4.5.10.2 Densidade Aparente

A Densidade das partículas (Dp), ou densidade real, consiste na relação entre a massa

de uma determinada amostra de material e o volume ocupado pelas suas partículas.

Considerando o volume do material ocupado efetivamente pelas partículas, sem levar em

consideração sua porosidade. É expressa pela seguinte expressão:

(3)

46

onde,

Dp = Densidade de partícula (Kg/ );

M = Massa de sólidos seca (kg);

V = volume que os sólidos ( ).

3.4.5.10.3 Absorção d’água

A absorção de água refere-se ao percentual de água absorvida pelos corpos secos após

imersão em água.

O porcelanato técnico é um revestimento cerâmico que se caracteriza principalmente

por possuir uma porosidade baixa em relação a outros produtos cerâmicos. Ele apresenta uma

absorção de água inferior a 0,5%, conforme a NBR 138181.

(4)

onde,

AA = Absorção d`água (%); msiu = massa da cerâmica úmida (g); msi = massa antes da

absorção d`água(g).

3.4.5.10.4 Porosidade Aparente

A porosidade aparente refere-se à porcentagem de vazios em relação ao volume total,

que por sua vez é obtida através da pesagem dos corpos úmido, seco, e imerso em água.

3.4.5.10.5 Resistência à tração por compressão diametral

O ensaio de resistência à tração a ser utilizado será o de compressão diametral, que foi

desenvolvido pelo brasileiro Lobo Carneiro, e devido a isso, também é conhecido como

Ensaio Brasileiro (Figura 5).

Segundo Falcão & Soares (2002, apud MASCARENHAS, 2011), o ensaio consiste em

se aplicar duas forças sobre o mesmo eixo, concentradas e opostas de compressão, a um

material de formato cilíndrico. Essas forças irão gerar ao longo do diâmetro do cilindro

tensões de tração uniformemente perpendiculares ao mesmo.

47

Figura 5 - Ensaio de compressão diametral para determinação da resistência à tração.

Fonte: (MEHTA & MONTEIRO, 2008 apud PINHEIRO et al., 2010).

3.4.5.10.6 Módulo de Weibull

“Os valores de resistência mecânica de um material cerâmico sempre apresentam uma

dispersão, proveniente da aleatoriedade da distribuição e tamanho dos defeitos presentes em

sua microestrutura” (MENEGAZZO et al., 2002).

O módulo de Weibull é um critério importante na determinação da confiabilidade dos

materiais cerâmicos. Este consiste em tratar estatisticamente os valores de resistência

mecânica permitindo relacionar a probabilidade acumulada de fratura do material à resistência

mecânica (NUNES FREIRE, 2007). É determinado através da seguinte equação:

m

u

0P 1 e ,

(5)

onde P é a probabilidade de fratura, é a tensão de ruptura do material, u é a tensão abaixo

da qual a probabilidade de fratura é zero, 0 é tensão de ajuste, e, m é o parâmetro de Weibull.

Neste caso, de acordo com a Equação 5, estamos considerando três parâmetros. Tem-se

praticado bastante u = 0, que significa que dentro da amostra (espaço amostral) ocorre

quebra, ou ruptura, de corpos-de-prova durante o manuseio, ou seja, corpos-de-prova quebram

sem ter sido submetido ao ensaio de flexão. Então, aplicando duas vezes, consecutivas, o

logaritmo natural à Equação 5, com u = 0, tem-se que:

[ (

)] ( )

(6)

48

Esboçando um gráfico ln versus ln { ln [ 1 / (1 – P) ] }, resulta numa curva linear cuja

inclinação é o m, parâmetro de Weibull. A Equação 4 é aplicada para estimar os parâmetros de

Weibull.

i

iP .

N 1

(7)

Da Equação 6 verifica-se que, quanto mais inclinada for a curva, maior será o

parâmetro de Weibull e, menor será a dispersão nos valores da propriedade mensurada, ou

seja, a resistência mecânica (NUNES FREIRE, 2007, p.95).

4 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS

Serão apresentados a seguir os materiais utilizados, assim como o procedimento

experimental proposto para a formulação das massas cerâmicas. A execução das etapas será

desenvolvida baseando-se no cumprimento do fluxograma (Figura 6).

49

Figura 6 – Fluxograma geral da metodologia empregada.

A

Materiais

Feldspato

Quartzo

Caulim

Resíduo de Scheelita

Preparação dos materiais para

Caracterização

Secagem

Moagem a seco

Seleção por tamanho de

partículas: # < 200 mesh ( < 74

m)

Caracterização dos

materiais Mineralógica

Química

Formulação das

massas cerâmicas

Método matemático

Método geométrico

Preparação das Massas

Cerâmicas

Dosagem por medida de massa

Mistura / Homogeneização

Granulação (Processo via seca)

Classificação de tamanho dos

grânulos por peneiramento

Caracterização das

massas cerâmicas

Física

Química

Mineralógica

Conformação das

massas cerâmicas

Prensagem Uniaxial

Secagem

110 °C durante 24 h

50

Fonte: Autoria própria.

4.1 MATERIAIS UTILIZADOS

4.1.1 Matérias-primas e Resíduo de Scheelita

Neste trabalho, irá se enfatizar o quartzo, caulim e feldspato, assim como o resíduo de

scheelita, na busca por agregar valor ao mesmo. As matérias-primas (caulim, feldspato e

quartzo) foram doadas pela empresa ARMIL – Mineração do Nordeste Ltda, com

granulometria de # 200 mesh, enquanto o resíduo de scheelita foi fornecido pela Mina Brejuí,

localizada no município de Currais Novos (RN).

A

Caracterização após

secagem

Retração Linear

Densidade Aparente

Caracterização Física

Retração linear

Densidade aparente

Resistência à tração por

compressão diametral

Determinação do módulo de

Weibull

Absorção d’água

Porosidade aparente

Difração de raios-X

Sinterização

A

51

4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

4.2.1 Descrição e preparação dos materiais

Uma vez escolhidos os materiais, os mesmos foram submetidos à secagem a

aproximadamente 110,0 ºC em estufa durante 24,0 h, sendo em seguida realizada a moagem a

seco e a seleção por tamanho de partículas (# < 200 mesh, ou < 74 m).

O resíduo de scheelita, após ter sido moído, e ser obtido o pó do mesmo, foi retirado

peneirado em # 200 mesh. O processo de moagem ocorreu em um moinho convencional de

bola, a saber, esferas de alumina, que tem o objetivo de moagem (cominuição mecânica) do

material.

4.2.2 Caracterização dos materiais

Os únicos resultados obtidos em relação ao resíduo de scheelita foi o de densidade de

partículas e o de análise granulométrica, diferentemente das matérias-primas. Portanto, ainda

não foi realizada a caracterização do mesmo, bem como etapas posteriores.

4.2.2.1 Mineralógica

Foram realizadas as identificações dos principais minerais argilosos e não argilosos, e,

possíveis fases presentes nas matérias-primas, através de análise qualitativa por difração de

raios-X, que foi obtida através de um equipamento da marca Rigaku, localizado no Lamop –

Laboratório de medidas magnéticas e óptica da UERN. A caracterização se deu a qual a

temperatura ambiente, utilizando-se o método do pó, com radiação Cu - Kα. A variação

angular (2θ) foi de 5 a 90 graus, com passo de 0,02 graus (velocidade do goniômetro).

Também foram realizados ensaios de evolução térmica através de ensaios de

termogravimetria (TG) e sua derivada (TGD) e termodiferencial (TD), para determinações de

redução de massa e transformações de fases.

4.2.2.2 Química

A composição química dos materiais será obtida por espectrometria de Fluorescência

de Raios-X (FRX), onde será apresentada a quantificação percentual de seus óxidos

52

componentes. Também sendo possível mensurar a perda de massa por calcinação (ou fogo)

destes analiticamente, através da seguinte da Equação 2, descrita na Fundamentação sobre a

Literatura.

4.2.2.3 Física

4.2.2.3.1 Análise Granulométrica

A análise granulométrica dos materiais foi realizada no Laboratório de Física dos

Solos da Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Campus de Mossoró.

Os materiais foram secos ao ar, passados na peneira de 2,0 mm e analisados pelo

método da pipeta, com base em metodologia descrita no manual de métodos de análises

físicas (EMBRAPA, 1997). Foram realizadas três repetições para cada material (Caulim,

Feldspato, Quartzo e Resíduo de Scheelita), todos em pó, a fim de determinar os tamanhos

das partículas.

Após a quantificação das frações do tamanho das partículas dos materiais realizou-se a

classificação de acordo com os resultados obtidos utilizando o triangulo textural (Figura 7).

Figura 7 – Triângulo adotado pela Sociedade Brasileira de Ciência do Solo para classificação

das classes texturais do solo.

Fonte: (EMBRAPA, 1999 apud KITAMURA, 2004).

53

4.2.2.3.2 Densidade de partículas

Para a determinação da densidade das partículas, o material foi seco ao ar, passado na

peneira de 2,0 mm, e analisado pelo método do balão volumétrico, com base em metodologia

descrita no manual de métodos de análises físicas (EMBRAPA, 1997). Foram realizadas três

repetições para a obtenção do resultado, que no caso é a média das três determinações. Cada

determinação foi calculada conforme a Equação 3, mostrada anteriormente, na

Fundamentação sobre a Literatura, em conformidade com a NBR 6508-84.

4.2.3 Formulação das massas cerâmicas

Após a caracterização das matérias-primas e do resíduo, serão preparadas as

formulações contendo diferentes percentuais dos materiais, através dos métodos matemático e

geométrico – aplicados para verificar se é possível obter o material cerâmico desejado

(produto final) em função das características e propriedades das matérias primas e do resíduo.

Nesta etapa será obtida a relação proporção entre os materiais de modo a atingir as qualidades

requeridas ao produto final desejado.

4.2.4 Preparação das massas cerâmicas

Primeiramente será realizada a dosagem por medida de massa. Para obtenção dos

corpos de provas, serão separadas as massas das matérias primas com ajuda de uma balança

de precisão, pesando-se as massas referentes aos corpos de prova padrão. Posteriormente,

serão medidas as massas referentes à incorporação do resíduo.

Será realizada a mistura e homogeneização, o processo de granulação via seca, a

classificação de tamanho dos grânulos por peneiramento e, por fim, o estudo de compactação.

As massas cerâmicas serão misturadas e homogeneizadas a seco, a fim de se economizar

tempo referente à etapa de secagem, assim como a energia necessária a essa etapa.

Com os resultados é possível verificar se a composição do corpo de prova padrão

determinada está na região prevista para grês porcelanato do triangulo ilustrado na Figura 8.

O grês porcelanato corresponde à cerâmica branca vitrificada, o que representa uma

composição em torno de 45% de argila, 40% de feldspato e 15% de sílica, sofrendo variações

na prática de acordo com as características dos materiais e do processamento da cerâmica

como um todo (NUNES FREIRE, 2007).

54

Figura 8 - Diagrama geral de composições para produtos cerâmicos resultantes do sistema

argila – feldspato – sílica.

Fonte: (NORTON, 1973).

4.2.5 Caracterização das massas cerâmicas

Serão realizadas as seguintes caracterizações:

i. Caracterização Mineralógica – onde será realizada a Difração de Raios-X para a

determinação dos minerais e fases presentes nas massas cerâmicas;

ii. Caracterização Química – onde será calculada a proporção, relacionando os

percentuais das quantidades utilizadas de cada material para a fabricação de

porcelanato;

iii. Caracterização Física – onde as massas cerâmicas serão submetidas a ensaios sob

evolução térmica, para determinar as possíveis reações, mudanças de fases e variações

dimensionais. São eles: os ensaios de termogravimetria (TG) e sua derivada (TGD) e

termodiferencial (TD); Será analisada também a DTP, fazendo-se a classificação por

peneiramento, assim como será realizado o cálculo da densidade real dos grânulos,

através do ensaio do balão volumétrico, que no caso do presente trabalho, é a água.

4.2.6 Conformação das massas cerâmicas

A conformação das massas cerâmicas será realizada através de Prensagem Uniaxial,

onde serão utilizadas uma prensa mecânica e uma matriz, para a obtenção dos corpos de

prova.

55

4.2.7 Secagem

Será realizada à temperatura de 110,0 ºC, durante um período de 24,0 h. Após isso, os

corpos cerâmicos serão submetidos à avaliação para a determinação de suas propriedades

físicas. São elas:

i) Retração Linear (RLs, em %), que será determinada de acordo com a norma

MB-305 (ABNT), a partir da expressão:

S U

U

L LRLs 100

L

,

(8)

onde,

LS (em mm) = comprimento do corpo cerâmico, medido após o mesmo ser submetido à

secagem;

LU (em mm) = comprimento medido após conformação, ainda com o teor de umidade.

ii) Densidade Aparente (aps, em g.cm-3

), que será determinada pela seguinte

expressão:

saps

aps

m

V

(9)

onde,

ms (g) = medida da massa do corpo cerâmico realizada após a sua secagem;

Vaps (em cm-3

) = volume a partir das dimensões do corpo cerâmico após secagem.

iii) Porosidade Total (Tas, em %), que será calculada pela seguinte expressão:

aps

Tas

REAL

1 100

(10)

onde,

REAL (em g.cm-3

) = densidade real da massa granulada, determinada pelo método do balão

volumétrico.

56

4.2.8 Sinterização

Nesta etapa será utilizado um forno resistivo da marca JUNG, modelo (9 13). E após a

etapa de sinterização dos corpos cerâmicos será possível fazer a análise de suas propriedades

físicas. São elas:

i. Absorção d’água

Após serem retirados do forno e atingir a temperatura ambiente, serão efetuadas as

medidas das massas secas para a determinação da absorção d’água. Esse valor será obtido

através da Equação 4, em conformidade com a NBR 6480.

ii. Tensão de tração

Os corpos serão submetidos ao ensaio de tração por compressão diametral, com o

intuito de se analisar o comportamento do material perante uma solicitação mecânica, que por

sua vez será realizada ao se aplicar um carregamento sobre um corpo de prova de geometria

cilíndrica, sendo as cargas aplicadas sobre a geratriz do cilindro. Calculam-se as tensões de

tração, perpendiculares ao diâmetro, sobre o qual a carga é aplicada. Para o cálculo da tensão

de tração será utilizada a seguinte equação:

(11)

onde,

σtração = tensão de tração na direção-x;

P = Força aplicada (kN);

D = Diâmetro do corpo de prova (mm);

L = Comprimento do corpo de prova (mm).

57

iii. Retração linear

Após os corpos de prova ter sido sinterizados foi possível se obter a retração linear,

grandeza que nos ajuda a analisar as propriedades dos corpos de prova. A retração linear foi

obtida pela seguinte expressão:

(12)

onde,

RLsi = Retração Linear (%);

Lsi = Comprimento do corpo cerâmico após a sinterização (mm);

Ls = Antes da sinterização (mm).

iv. Densidade Aparente (apsi, em g.cm-3

)

Será determinada pela seguinte expressão:

siapsi

apsi

m

V

,

(13)

onde,

msi (g) = massa do corpo cerâmico após sinterização;

Vapsi (cm-3

) = volume determinado a partir do produto das dimensões do corpo cerâmico após

sinterização.

v. Porosidade Aparente (A, em %)

É a razão percentual entre o volume de água absorvida e o volume aparente após a

sinterização. Depende diretamente da temperatura da água, o que leva a relacionar essa

medida com o volume de água absorvida, e não com a massa. Sendo assim, a porosidade

aparente será calculada a partir da equação:

58

2

apsi

A

H O

AA(T)

, (14)

onde,

apsi = densidade aparente calculada pela razão entre a massa do corpo cerâmico sinterizado e

seco e o volume calculado a partir do produto das dimensões do corpo cerâmico sinterizado.

vi. Perda de Massa durante a Sinterização (PMasi em %)

Esta grandeza será determinada a partir da relação entre as massas dos corpos

cerâmicos, antes e após a sinterização, representada pela expressão:

si sasi

s

m mPM 100

m

(15)

onde,

msi = massa do corpo cerâmico após a sinterização;

ms = massa antes da sinterização, após secagem.

vii. Módulo de Weibull

O módulo de Weibull será determinado através da inclinação da curva linear esboçada

nos gráficos ln rupsi versos ln[- ln(1 – P)], com Pi = i . (N + 1)-1

(Equação 7) e, i variando de 1

a 30, de 1 em 1. Serão utilizados 30 corpos de prova para esta determinação.

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

5.1.1 Resíduo de Scheelita

5.1.1.1 Análise Granulométrica

59

Realizaram-se ensaios para dois tipos de resíduo, os quais foram denominados RS1 e

RS2. Os resíduos apresentaram-se distintos inicialmente apenas quanto à coloração, e para

cada tipo foram realizadas três amostras. Para cada resíduo, RS1 e RS2, foram realizadas três

determinações (R1, R2, R3). A Tabela 15 apresenta os resultados da análise granulométrica

aplicada para a classificação textural do solos. Essa classificação foi estabelecida através do

triângulo textural, citado anteriormente (Figura 6), onde todas as determinações apontaram

para uma única classificação: a de solo arenoso.

Tabela 15 – Granulometria do Resíduo de Scheelita.

Granulometria (kg/kg) Classe

Identificação Areias Silte Argila Textural Silte/Argila

RSI - R1 0,967 0,016 0,017 AREIA 0,95

RSI - R2 0,960 0,020 0,020 AREIA 1,01

RSI - R3 0,975 0,011 0,014 AREIA 0,80

RSII - R1 0,977 0,011 0,012 AREIA 0,91

RSII - R2 0,973 0,013 0,014 AREIA 0,88

RSII - R3 0,976 0,015 0,009 AREIA 1,67 Fonte: Autoria própria.

5.1.1.2 Densidade de Partículas

A densidade de partículas foi determinada através do método do balão volumétrico.

Na Tabela 16 encontram-se as densidades de partículas dos RS1 e RS2, ambos submetidos ao

procedimento de secagem por 72,0 h em estufa à aproximadamente 150 °C.

Tabela 16 – Densidade de partículas do Resíduo de Scheelita.

Identificação MS Peso Volume Densidade

Tratamento Álcool Balão

RS1 19,8904 43,04 49,4 3,13

RS1 19,8942 42,08 49,4 2,72

RS1 19,8991 42,08 49,4 2,72

RS2 19,9712 42,02 49,4 2,71

RS2 19,9732 42,02 49,4 2,71

RS2 19,9697 42,02 49,2 2,78 Fonte: Autoria própria.

Em análise à Tabela 16, tem-se que é possível observar que RS1 e RS2 possuem

aproximadamente a mesma densidade, sendo a variação praticamente desprezível (o que se

justifica, por exemplo, através de possíveis erros de precisão durante o ensaio). Essa

60

imprecisão pode ser notavelmente considerada através da primeira determinação para RS1,

que diverge um pouco dos demais resultados alcançados nas outras determinações que

constam na tabela.

Nos solos, o valor da densidade de partículas variam, em média, entre os limites de 2,3

e 2,9 g cm-3

. Entretanto, para efeito de cálculos, por exemplo, pode-se, considerar a densidade

de partículas como sendo de 2,65 g cm-3

, pois os constituintes minerais predominantes nos

solos são o quartzo, os feldspatos e os silicatos coloidais, cujas densidades de partículas estão

em torno de 2,65. Sendo assim, tem-se que os valores obtidos em laboratório estão dentro da

faixa de variação da densidade considerada, em termos práticos.

5.1.2 Matérias-primas

5.1.2.1 Análise Granulométrica

Os resultados obtidos constam na Tabela 17.

Tabela 17 - Materiais em estudo e os seus respectivos valores medidos.

Identificação do

material estudado

P1

(g)

P2

(g)

P3

(g)

P4

(g)

P5

(g)

P6

(g)

Caulim (Rep. 1) 75,535 75,944 0,407 0,352 56,490 76,411

Caulim (Rep. 2) 82,596 83,033 0,305 0,265 56,490 76,411

Caulim (Rep. 3) 77,648 78,124 0,655 0,587 56,490 76,411

Feldspato (Rep. 1) 75,385 45,785 4,797 4,750 59,283 79,283

Feldspato (Rep. 2) 94,475 95,585 4,397 4,320 59,283 79,283

Feldspato (Rep. 3) 108,652 108,652 2,828 2,797 59,283 79,283

Quartzo (Rep. 1) 106,525 106,525 5,533 5,435 60,462 80,461

Quartzo (Rep. 2) 77,125 77,252 8,433 8,292 60,462 80,461

Quartzo (Rep. 3) 105,668 105,746 6,977 6,925 60,462 80,461

PB: 86,718

PR: 86,757

Fonte: (SOUZA, 2011).

onde,

P1: Massa do becker para a retirada da alíquota do material mais fino (sedimentação);

P2: Massa do becker + material mais fino (sedimentação) seco em estufa;

61

P3: Massa total do material mais grosseiro (tamisagem);

P4: Massa do material grosseiro (P3) e separação da fração mais fina (tamisagem);

P5: Massa do Becker para o fator de correção – (acrescentou 20g do material e levou a

estufa);

P6: Massa do becker + (20 g) do material levado a estufa para obtenção do fator de correção,

retirado da estufa após 72 horas;

PB: Massa do becker para prova em branco (becker que foi para estufa e dessecador);

PR: Massa do Becker + prova branco (alíquota) seco em estufa.

Após a obtenção dos resultados acima citados calculou os valores das frações de

acordo com as seguintes expressões:

Fator de correção (f):

f = 20/(P6 – P5);

Fração do material mais fino (sedimentação):

Se= [(P2 – P1) – (PR – PB)]*f;

Material grosseiro (tamisagem):

Tag = [(P3 – P4)*f]*0,05;

Material fino (tamisagem):

Taf =(P4*f)*0,05;

Material grosseiro total (tamisagem):

Tagt = Material grosseiro + Material fino

Fração intermediária (Sedimentação)

1 – Teor do material mais fino (sedimentação) + material grosseiro total (tamisagem).

A partir da determinação dos valores após os cálculos, foi possível classificar os

materiais a partir do triângulo textural, mostrada anteriormente (Figura 6), onde se tem as

regiões de classificação para os teores de areia, argila e silte de um a solo. E sendo assim, os

materiais (caulim, feldspato e quartzos) foram classificados como materiais siltosos.

5.1.2.2 Densidade de partículas pelo método do Balão Volumétrico

Com o volume gasto de álcool para se obter o aferimento e o volume de álcool gasto é

possível encontrar o volume de sólidos (Equação 16) e em seguida encontrar a densidade de

partículas com a massa seca (Peso da amostra após sair da estufa). O Tabela 18 mostra os

valores obtidos.

62

V =Vc - Vg (16)

onde,

Vc = Volume de álcool para se aferir o balão volumétrico;

Vg = Volume de álcool gasto.

Tabela 18 - Valores obtidos de cada material em estudo e seus respectivos valores de

densidades das partículas.

Identificação do material

estudado

Volume aferido

(balão

volumétrico)

Vc

(mL)

Massa de

sólidos

(g)

Volume de

Álcool

Gasto

Vg

(mL)

Densidade das

partículas

(g/ )

Caulim (Rep. 1) 49,80 19,91 41,60 2,43

Caulim (Rep. 2) 49,60 19,90 42,60 2,84

Caulim (Rep. 3) 49,80 19,90 42,00 2,55

Feldspato (Rep. 1) 49,80 19,98 42,00 2,56

Feldspato (Rep. 2) 49,60 19,98 42,40 2,78

Feldspato (Rep. 3) 49,80 19,98 41,80 2,50

Quartzo (Rep. 1) 49,60 19,99 41,80 2,56

Quartzo (Rep. 2) 49,60 19,99 42,00 2,63

Quartzo (Rep. 3) 49,60 20,00 41,40 2,44

Fonte: (SOUZA, 2011)

Observando-se a Tabela 18, verifica-se que novamente a média dos resultados da

densidade de partícula está dentro de uma faixa que vai de 2,3 à 2,9 (g/cm³), o que nos dá

certa garantia de que o ensaio foi realizado corretamente, bem como está dentro do padrão

prático de utilização.

5.2 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA – DRX

5.2.1 Resíduo de Scheelita

5.2.2 Matérias-primas

Neste tópico são apresentadas as difrações de raios-X das matérias primas cedidas pela

ARMIL. A saber: quartzo, feldspato e caulim.

63

Os picos foram identificados utilizando do aplicativo X’Pert HigScore Plus, no qual

consta o banco de dados com as cartas cristalográficas correspondentes aos materiais em

análise. A Figura 9 apresenta o difratograma do quartzo, pó com tamanho de partícula # 200

mesh, secado a 110,0 °C, por 24,0 h.

Figura 9 - Difratograma do quartzo, referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados

gerados pelo difratômetro de raios-X.

Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).

As condições de realização do ensaio para a determinação do difratograma da Figura 9

foram: 5 ≤ 2θ (graus) ≤ 90 passo de 0,02 graus, a temperatura ambiente de 22,0 °C.

A Figura 10 representa uma imagem da tela do monitor referente ao aplicativo X’Pert

HigScore Plus, na qual se pode observar que foram utilizadas duas cartas cristalográficas para

a identificação dos picos do quartzo utilizado.

64

Figura 10 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para o quartzo.


Analisando a Figura 11, verifica-se a identificação posicional (2θ) dos picos referente

ao quartzo a partir das duas cartas utilizadas, a saber, Quartz (Quartzo) e Silicon Oxide

(Óxido de Silício).

Figura 11 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o quartzo.


Deve ser observado na Figura 11, lista de picos, os códigos de referência das cartas, a

saber: 01-075-1555 para o quartzo e, 01-082-1572 para o óxido de silício. Essas cartas foram

obtidas a partir da seguinte página da internet: http://www.webmineral.com.

Observam-se na Figura 12 os picos identificados a partir das cartas cristalográficas

anteriormente mencionadas.

65

Figura 12 - Identificação dos picos do quartzo utilizado no presente trabalho.


Analisando a Figura 12 observa-se que ocorreu apenas um pico sem identificação,

imediatamente superior a 80 graus. Dada a identificação de todos os demais picos, considera-

se sem importância a não identificação desse pico, haja vista que pode representar apenas

traço de alguma contaminação durante o manuseio para o processamento, ou ainda de origem

da lavra e beneficiamento do material.

Subsequentemente são apresentadas, de forma típica, conforme as anteriores, as

ilustrações para o feldspato e para o caulim.

Figura 13 - Difratograma do feldspato referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados



66

Na Figura 13 verifica-se uma imagem da tela do monitor referente ao aplicativo

X’Pert HigScore Plus, na qual se pode observar que foram utilizadas duas cartas

cristalográficas para a identificação dos picos do feldspato utilizado no presente trabalho.

Figura 14 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para o identificação

dos picos do feldspato.


A Figura 15 mostra detalhe da Figura 14, a identificação posicional (2θ) dos picos

referente ao feldspato a partir das quatro cartas utilizadas, a saber, Microline (Microlínio),

Albite low (Albita), Silica (Sílica) e Silicon Oxide (Óxido de Sílicio).

67

Figura 15 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o feldspato.


Deve ser observado na Figura 15, lista de picos, os códigos de referência das cartas, a

saber: 01-072-1114 para o micolínio, 01-076-1819 para a albita, 00-033-1161 para a sílica, e

01-082-1564 para o óxido de silício. Essas cartas foram obtidas a partir da seguinte página da

internet: http://www.webmineral.com.

Figura 16 - Identificação dos picos do quartzo utilizado no presente trabalho.


De forma similar ao ocorrido com o quartzo, deve ser observado na Figura 16 que

ocorreram quatro picos sem identificação, um em baixo ângulo e três imediatamente

superiores a 70 graus – observar as marcações no topo dessa figura. Dada a identificação de

um gama muito grande de picos, considera-se sem importância a não identificação desse pico,

http://www.webmineral.com/

68

haja vista que pode representar apenas traço de alguma contaminação durante o manuseio

para o processamento, ou ainda de origem da lavra e beneficiamento do material.

Figura 17 - Difratograma do caulim referente ao esboço da curva obtida a partir dos dados



A Figura 17 apresenta uma imagem da tela do monitor referente ao aplicativo X’Pert

HigScore Plus, na qual se pode observar que foram utilizadas duas cartas cristalográficas para

a identificação dos picos do caulim utilizado no presente trabalho.

Figura 18 - Imagem da tela referente ao aplicativo X’Pert HigScore Plus para identificação

dos picos do caulim.


69

A Figura 19 ilustra como detalhe da Figura 18, a identificação posicional (2θ) dos

picos referente ao caulim a partir das duas cartas utilizadas, a saber, Kaolinite (caulinita) e

Quartz (quartzo).

Figura 19 - Detalhe ilustrativo das posições 2θ (lista de picos) para o caulim.


Observando-se a Figura 19, lista de picos, os códigos de referência das cartas, a saber:

01-074-1784 para a caulinita e, 01-083-2468 para o quartzo. Essas cartas foram obtidas a

partir da seguinte página da internet: http://www.webmineral.com.

Figura 20 - Identificação dos picos do caulim utilizado no presente trabalho.


Da mesma forma, conforme ocorreu com o quartzo e com o feldspato, deve ser

observado na Figura 20 que ocorreram quatro picos sem identificação, um em baixo ângulo e,

outros três ao longo da varredura do goniômetro – observar as marcações no topo dessa

figura. Analogamente, perante a identificação de uma gama muito grande de picos, considera-

se sem importância a não identificação desses picos, haja vista que, igualmente aos demais

70

materiais podem representar apenas traço de alguma contaminação durante o manuseio para o

processamento, ou ainda de origem da lavra e beneficiamento do material.

71

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A solicitação por melhores acabamentos vem ganhando espaço privilegiado no

mercado nacional e internacional. Para suprir a intensa demanda por produtos e os requisitos

técnicos exigidos para a etapa de construção é necessário que se busque cada vez mais

otimizar o processo produtivo dos produtos, bem como melhorar as propriedades dos

mesmos. Sendo assim, também se torna imprescindível a maior capacitação de profissionais,

bem como a importância de se buscar aprimorar as técnicas de fabricação e modernização e

inserção dos diversos materiais às variadas linhas de produção. Tudo isso objetivando um

adequado planejamento operacional para a geração de novos produtos e uma maior e melhor

aplicabilidade.

No presente trabalho procurou-se propor uma nova composição, admitindo-se a

incorporação do resíduo de scheelita à formulação do porcelanato, com o intuito de agregar

valor ao resíduo e visando melhorar as propriedades do porcelanato. Através da

fundamentação sobre a literatura apresentada foi possível verificar como as matérias-primas

podem influenciar nas propriedades do produto final, ou corpo cerâmico, assim como a

grande relevância de todo o processo produtivo, que deve ser realizado buscando-se a

integração das etapas, haja vista que a rota de processamento possui igual importância para a

obtenção de uma peça que atinja a qualidade, características e propriedades desejadas.

72

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