2 matÉrias-primas 2.1 classificação. 01/05/01 2 matÉrias-primas 2 classificação naturais:...

2 MATÉRIAS-PRIMAS

2.1 Classificação

01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS 2

Classificação

Naturais: obtidos através de operações físicas Argila, feldspato...

Sintéticas: obtidos através de processos químicos, a partir de Matérias-primas naturais (magnesita,

calcita...) Outras matérias-primas sintéticas (alumina,

zircônia...)

[Rin

g,

19

96

:27

]


Tipos de matérias-primas [R

eed

, 1

99

5:3

6]

Categoria Pureza (%) Materiais

Materiais não-processados

Variável Argilas, bauxita

Mineraisindustrializados

85-98 Caulim, talco,feldspato, quartzo

Produtos químicosindustrializados

98-99,9 Al2O3, MgO, AlN, SiC,Si3N4, TiO2, ZrO2

Produtos especiais >99,9 BaTiO3, sílica-gel

2 MATÉRIAS-PRIMAS

2.2 Matérias-primas naturais


Argilas e argilominerais

Argila: matéria-prima natural constituída principalmente de argilominerais, tendo outros minerais como impurezas Argilominerais: aluminossilicatos hidratados que podem ser dispersos em partículas finas e desenvolvem plasticidade quando misturados com água Exemplos: caulinita, halloysita, pirofilita,

montmorillonita, mica, ilita

[Rin

g,

19

96

:27

]


Silicatos

Silicatos: materiais compostos primariamente de silício e oxigênio Silicatos simples, fórmula unitária

SiO4-4, p. ex. forsterita (Mg2SiO4)

Silicatos em camada, fórmula unitária (Si2O5)2-, p. ex. argilominerais

[Calli

ster,

19

97

:38

3]


Argilominerais e outros silicatos

[Reed

, 1

99

5:3

8]

Mineral Fórmula química (estrutural ou em óxidos)

Caulinita Al2(Si2O5)(OH)4 ou Al2O3·2SiO2·2H2O

Halloysita Al2(Si2O5)(OH)4·2H2O ou Al2O3·2SiO2·4H2O

Pirofilita Al2(Si2O5)2(OH)2 ou Al2O3·4SiO2·H2O

Montmorillonita

(Al1,67Na0,33Mg0,33)(Si2O5)2(OH)2 ou

5/6Al2O3·1/6Na2O·1/3MgO·4SiO2·H2O

Mica moscovita

Al2K(Si1.5Al0.5)2(OH)2 ou 3/2Al2O3·K2O·3SiO2·H2O

Talco Mg3(Si2O5)2(OH)2 ou 3MgO·4SiO2·H2O


Tetraedro silício-oxigênio SiO4

4-

[Calli

ster,

19

97

:38

3]


Camada de silicato (Si2O5)4-

[Calli

ster,

19

97

:38

6]


Estrutura da caulinita[C

alli

ster,

19

97

:38

7]


Argilominerais[R

eed

, 1

99

5:5

2]


Caulinita: microestrutura[N

ort

on

, 1

95

2:8

]


Caulinita

Tipo: Silicato de alumínio hidratado de estrutura lamelar, argilomineralComposição: Al2(Si2O5)(OH)4

Reações: >500°C se decompõe em metacaulinita,

Al2O3·2SiO2

>900°C forma mulita, 3Al2O3·2SiO2, e alumina >1150°C forma cristobalita

Propriedades e aplicação: Plasticidade na etapa de conformação

[Nort

on

, 1

95

2:1

31

]


Talco

Tipo: Silicato de magnésio hidratado de estrutura lamelar, similar a argilomineralComposição: Mg3(Si2O5)2(OH)2

Reações: 1000°C se decompõe em protoenstatita,

MgSiO3, e enstatita, MgO·SiO2

1547°C se funde

Propriedades e aplicação: Alto coeficiente de expansão térmica, usado

na formulação de azulejos e esmaltes

[Rin

g,

19

96

:31

]


Feldspatos[R

ing

, 1

99

6:3

1] Mineral Fórmula química

(estrutural ou em óxidos)

Ortoclásio K(AlSi3)O8 ou 1/2K2O·1/2Al2O3·3SiO2

Albita Na(AlSi3)O8 ou 1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2

Anortita Ca(Al2Si2)O8 ou CaO·Al2O3·2SiO2


Feldspatos

Tipo: Silicatos de alumínio anidros Composição: K2O·Al2O3·6SiO2 (ortoclásio) K2O·Al2O3·6SiO2

(albita), CaO·Al2O3·2SiO2 (anortita)

Reações: 800-1000°C apresenta uma composição próxima

do eutético (ortoclásio, feldspato potássico)

Propriedades e aplicação: Fundentes, insolúveis em água, formadores de

fase vítrea em corpos cerâmicos e esmaltes

[Rin

g,

19

96

:31

]


Sílica: formas polimórficas

[Van

Vla

ck,

19

64

:40

]

Mineral Observação

Quartzo Forma mais comum

Cristobalita Menos comum, mais impura que quartzo

Tridimita Rara na natureza

Sílica vítrea Rara na natureza, importante produto manufaturado


Sílica: cristobalita e tridimita

[Van

Vla

ck,

19

64

:40

]

• Silício Oxigênio

(a) Cristobalita (b) Tridimita


Cristobalita: inversão[V

an

Vla

ck,

19

64

:52

]

(a) Cristobalita de alta temperatura (>220°C)(b) Cristobalita de baixa temperatura (<220°C)

• Silício Oxigênio


Sílica: cristalina e amorfa[C

alli

ster,

19

97

:57

]

SilícioOxigênio

Sílica cristalina Sílica amorfa


Sílica: transformação de fases

[Nort

on

, 1

95

2:1

32

]

quartzo quartzo

tridimita

tridimita

tridimita

cristobalita cristobalita

sílica vítrea

líquido

Temperatura (°C)


Sílica: dilatação de fases[V

an

Vla

ck,

19

64

:14

1]


Quartzo

Tipo: forma mais comum de sílica, cristais de alta pureza >10 cm Composição: SiO2 (fases e )Reações: 550°C inversão - 1650°C se funde

Propriedades e aplicação: Dureza, alto ponto de fusão, abilidade de formar

vidro, usado para prover uma massa sólida ao redor da qual a fase vítrea mantém o corpo coeso (estabilidade dimensional)

[Rin

g,

19

96

:32

]


Triaxial cerâmico[N

ort

on

, 1

95

2:1

5]


Funções dos componentes

Argilomineral: plasticidade caulinita, ilita, montmorilonita

Silica: estabilidade dimensional quartzo

Feldspato: fusibilidade ortoclásio, albita

2 MATÉRIAS-PRIMAS

2.3 Matérias-primas sintéticas


Produção de pós cerâmicos

Reações no estado sólido: hidróxidos, carbonatos, sulfatos óxidos metais ou óxidos + C carbetos

Reações sólido-gás: Metais + O2 óxidos Metais + hidrocarbonetos carbetos Metais + N2 ou NH3 nitretos

Reações em fase gasosa: Hidrólise de haletos SiO2 ou TiO2

Processos de fundição: Al2O3, ZrO2

[Th

üm

mle

r, 1

99

3:5

2]


Pós a partir de soluçõesPrecipitação e filtração: Pós cerâmicos e metálicos

Reações hidrotérmicas: Soluções de ZrOCl2 ZrO2

Vaporização do solvente/desidratação: Secagem por spray ou congelamento

Processos sol-gel: Gotas de líquido estado gelatinoso pó

[Th

üm

mle

r, 1

99

3:5

3]


Pós cerâmicos industrializados

Alumina (processo Bayer): Bauxita + NaOH Al(OH)3 Al2O3

Zircônia: ZrSiO4 + NaOH Na2ZrO3 ZrO2

Carbeto de silício (processo Acherson): SiO2 + 3C SiC + 2CO

Nitreto de silício: 3SiO2 + 6C + 2N2 Si3N4 + 6CO

[Reed

, 1

99

5:4

0]


Pós ultrafinos (nanocristais)

Reações em fase gasosa: Si3N4, SiC

Redução em H2 de cloretos metálicos: Ag, Cu, Ni, W

Evaporação/condensação: Fe, FeNi

Processamento de soluções

[Th

üm

mle

r, 1

99

3:5

8]


Whiskers e fibras curtas

Redução em H2 de cloretos metálicos: 2FeCl3 + 3H2 2Fe + 3HCl

Processo vapor-líquido-sólido: Al2O3, SiC, Si3O4

Pirólise de casca de arroz: SiC

[Th

üm

mle

r, 1

99

3:5

9]


Pós nanométricos e whiskers

[Th

üm

mle

r, 1

99

3:6

0]

ZrO2 (<0,5 µm) whiskers de SiC

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