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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
CRISTIANE DO NASCIMENTO FERNANDES
PROPOSTA DE ESTUDO SOBRE COMPOSIÇÕES DE PORCELANATO COM
INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE SCHEELITA DE CURRAIS
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
CRISTIANE DO NASCIMENTO FERNANDES
PROPOSTA DE ESTUDO SOBRE COMPOSIÇÕES DE PORCELANATO COM
INCORPORAÇÃO DO RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE SCHEELITA DE CURRAIS
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
gerados pelo difratômetro de raios-X. ...................................................................................... 65
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
gerados pelo difratômetro de raios-X. ...................................................................................... 68
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).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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
Observação: Os dados correspondentes a 2010, com exceção do Brasil, são estimados
(considerando apenas a produção em território nacional).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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
Observação: Os dados correspondentes a 2011, com exceção do Brasil, são estimados
(considerando apenas a produção em território nacional).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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).
Fonte: Adaptado de (ANFACER, 2012).
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
NUNES FREIRE, 2007).
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
NUNES FREIRE, 2007).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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
gerados pelo difratômetro de raios-X.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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,
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
gerados pelo difratômetro de raios-X.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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.
Fonte: (FERREIRA, 2011 apud SOUZA, 2011).
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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