COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº 172618

Aproveitamento dos resíduos da indústria de cerâmica vermelha (RCV) como aditivo pozolânico para cimento Portland: estudo de caso em quatro polos cerâmicos do Estado de São Paulo Eduardo Garcia |Alessandra Lorenzzetti Castro Marsis Cabral Jr. Valdecir Angelo Quarcioni Fabiano Ferreira Chotoli

Resumo apresentado no Congresso Brasileiro de Cerâmica, 58., Bento Gonçalves, 2014.

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

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06-026 Aproveitamento dos resíduos da indústria de cerâmica vermelha (RCV) como

aditivo pozolânico para cimento Portland: estudos de caso em quatro polos cerâmicos

do Estado de São Paulo Marsis Cabral Junior

Garcia, E. (1); Castro, A. L. de (1); Cabral Junior, M. (1); Quarcioni, V. A. (1); Chotoli, F.

F. (1)/(1) Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT

São apresentados os resultados de um estudo mais amplo dirigido ao aproveitamento de

resíduos da indústria de cerâmica vermelha - RCV, com intuito de reduzir os passivos

ambientais gerados pelas indústrias, diminuir os custos operacionais e agregar valor aos

negócios das empresas. Os estudos contemplaram quatro dos principais polos cerâmicos

paulista – Itu, Tatuí, Tambaú e Vargem Grande do Sul, e enfoca as caracterizações físico-

químicas e tecnológicas do uso dos RCV como aditivo pozolânico para cimento Portland. O

processo fabril, que opera em temperaturas de queima com patamares entre 700°C e 850°C,

corresponde a uma faixa apropriada à desestruturação dos argilominerais, sem, contudo, a

geração de novas fases minerais, resultando na geração de materiais reativos, propícios às

adições cimentícias. Todos os cimentos compostos formulados em laboratório a partir da

mistura entre a pozolana de RCV com o cimento Portland comercial, de alta resistência

inicial, atenderam aos requisitos físicos das normas correspondentes. Os resultados dos

ensaios físicos e mecânicos foram semelhantes para as diferentes pozolanas produzidas,

indicando que a adição de RCV não interferiu nas propriedades finais do cimento.

Constatou-se que não há separação significativa de metacaulinita na preparação dos cacos

por meio da moagem, podendo ser utilizado qualquer fração de peneira como material

cimentante. No entanto, há de ser observada a quantidade de álcalis para não haver

comprometimento em reações álcali-agregado posterior ao endurecimento da pasta de

cimento.

58º Congresso Brasileiro de Cerâmica18 a 21 de maio de 2014, Bento Gonçalves, RS, Brasil

1532

O Difratograma indica a presença de esmectitas, micas,

caulinitas, quartzo, feldspatos, além de hematitas e

magnetitas na composição da maioria das massas

cerâmicas amostradas.

APROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DA INDÚSTRIA DE CERÂMICA VERMELHA (RCV) COMO ADITIVO POZOLÂNICO PARA CIMENTO

PORTLAND: ESTUDOS DE CASO EM QUATRO POLOS CERÂMICOS DO ESTADO DE SÃO PAULO.

Garcia, E. (1); Castro, A. L. de (2); Cabral Junior, M. (1); Quarcioni, V. A. (2); Chotoli, F. F. (1) (1)Seção de Recursos Minerais e Tecnologia Cerâmica – Centro de Tecnologia de Obras de Infraestrutura

(2) Laboratório de Materiais de Construção Civil – Centro de Tecnologia de Obras de Infraestrutura

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT,

Av. Prof. Almeida Prado, 532 – Cidade Universitária – São Paulo – SP, Brasil

marsis@ipt.br

MATERIAS E MÉTODOS

Utilizaram-se dois tipos de materiais para o estudo: as massas cerâmicas e os RCV gerados por defeitos e

quebras dos produtos durante a fabricação. As amostras foram coletadas em oito cerâmicas representativas de

quatro dos principais polos cerâmicos paulista (duas unidades fabris em cada polo), situados nas regiões de Itu,

Tatuí, Tambaú e Vargem Grande do Sul.

As massas e cacos foram caracterizadas por DRX em equipamento Rigaku Windmax 1000 operando com

radiação CuKa (40kV/30mA), calibração com fendas 1° divergente e 1° espalhamento, passo 0,02° 2Ѳ e 8° a 70°,

cujo software de análise utilizado foi o Panalytical X-Pert HighScore Plus v. 2.2. A TG e DTG foram realizadas

com TA Instruments módulo TGA 50, cadinho de alumina, sem tampa, com fluxo de gás nitrogênio 100mL/min

com rampa de aquecimento constante de 10°C /min de 30°C a 925°C. O software de análise utilizado foi TA

Universal Analysis 2000 v.4.1D. A análise química foi realizada por meio de FRX em equipamento Panalytical

Minipal Cement com fundentes de tetraborato de lítio/ metaborato de lítio (Maxxiflux) e calibração por Curva

Omnian e por via clássica.

A massa cerâmica foi seca em estufa e moída até totalmente passante na peneira #200 mesh (65µm). Já os

cacos cerâmicos passaram por 2 processos distintos de moagem: o primeiro consistiu na obtenção da finura <

#20 mesh (0,8mm) para todo o material; o segundo utilizou uma alíquota de 10 kg obtida após intensa

homogeneização e quarteamento, sendo cominuída até totalmente passante na peneira #200 mesh (65 µm) e

atingindo, desta maneira, uma curva granulométrica próxima ao cimento CP-V ARI utilizado nos ensaios

mecânicos.

Para obtenção de granulometria adequada dos resíduos cerâmicos a < #20 mesh fez-se uso de trincha para

facilitar a passagem do material na peneira.

No caso da obtenção do material menor que #200 mesh, provindo dos resíduos cerâmicos, a avaliação foi

realizada por retirada de alíquota e peneiramento a seco com uso de trincha para facilitar o peneiramento.

Adotou-se a quantidade de retidos menor que 3% nestas condições como 100% passante na peneira #200 mesh.

Os ensaios Chapelle foram realizados de acordo com a norma ABNT NBR [4] utilizando-se de equipamento tipo

Dubnoff em banho-maria por 16 horas a 90°C ±5°C. Neste ensaio, há uma separação da reatividade efetiva do

material analisado, sem a interferência do efeito Filler que é de difícil mensuração no caso de ensaios mecânicos.

RESULTADOS

CONCLUSÕES

Os cacos cerâmicos moídos dos polos cerâmicos de Itu, Tatuí, Tambaú e Vargem Grande do Sul mostraram-se adequados para utilização como aditivo pozolânico para cimento Portland. As 8 amostras

ensaiadas apresentaram uma média de 500 mg de Ca(OH)2/g, suplantando em 14,7%, o valor mínimo normatizado do ensaio Chapelle. Apenas a amostra da Cerâmica 4 apresentou valor Chapelle inferior ao

limite da norma.

A investigação demonstrou que não há separação significativa de metacaulinita na preparação dos cacos por meio da moagem, podendo ser utilizada qualquer fração de peneira abaixo de #20 mesh como

material pozolânico. No caso, os finos passantes na peneira #200 seriam os mais apropriados para utilização como aditivo.

Constatou-se que nos resíduos as caulinitas e esmectitas das matérias primas argilosas foram desidroxiladas, correspondendo aos componentes potencialmente pozolânicos. Nesses materiais a máxima

reatividade pozolânica verificada pelos ensaios Chapelle situam-se na faixa de temperatura de queima entre 700°C e 800°C, com queda progressiva da reatividade acima desta temperatura. Em patamares

superiores de temperatura, mesmo com os ganhos de reatividade propiciados pela amorfização das esmectitas, há tendência de perda da reatividade da caulinita por recristalização.

O processo fabril, do modo como se apresenta hoje, possui um material residual com capacidade pozolânica. O maior controle no processo de queima em gradientes mais estreitos entre 700°C a até 850°C

incidindo sobre as peças cerâmicas, além da melhora do próprio produto, deve corresponder a um incremento da reatividade do material residual como aditivo ao cimento.

As massas utilizadas nas cerâmicas evidenciam grande similaridade de composição, mesmo com as particularidades e exigências que cada tipo de forno promove para a produção das peças cerâmicas

calcinadas. Este fato contribui para a relativa homogeneidade na composição química dos resíduos e, consequentemente, na similaridade de seu potencial pozolânico.

Trata-se, portanto, de uma importante alternativa de aproveitamento dos resíduos da indústria de cerâmica vermelha, contribuindo na diminuição dos passivos ambientais gerados pela disposição desses

materiais e agregando um novo produto comercial a esse segmento. Por sua vez, o RCV apresenta-se também como uma nova fonte de material pozolânico para a indústria cimenteira no país.

OBJETIVO

Este trabalho apresenta uma síntese de estudos de caracterização dirigidos à avaliação do potencial

pozolânico de resíduos de cerâmica vermelha dos APLs de Itu, Tatuí, Tambaú e Vargem Grande do Sul.

58° Congresso Brasileiro de Cerâmica 18 a 21 de maio 2014 Bento Gonçalves – Rio Grande do Sul

0

100

200

300

400

500

600

110

°C

550

°C

600

°C

650

°C

700

°C

750

°C

800

°C

850

°C

900

°C

950

°C

mg

de C

a(O

H)2

/ g

de a

mo

str

a

Temperatura de calcinação (°C)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 10 100 1000

% A

cum

ula

da

Abertura das peneiras (m)

Cerâmica 1

Cerâmica 2

Cerâmica 3

Cerâmica 4

Cerâmica 5

Cerâmica 6

Cerâmica 7

Cerâmica 8

Cimento ARI

PF SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O Mn2O3 TiO2

Cerâmica 1 1,21 68,90 19,10 7,04 0,21 0,53 0,17 3,15 0,06 1,16

Cerâmica 2 1,23 60,70 24,80 7,48 0,70 0,75 0,56 3,28 0,07 1,27

Cerâmica 3 0,80 70,20 17,10 6,73 0,26 0,97 0,14 3,74 0,09 1,18

Cerâmica 4 0,90 71,30 18,00 7,56 0,22 0,31 0,08 1,63 0,09 0,99

Cerâmica 5 1,04 68,70 17,70 7,74 0,40 0,80 0,15 2,51 0,07 1,53

Cerâmica 6 1,30 70,30 18,10 6,96 0,35 0,53 0,34 2,25 0,04 0,95

Cerâmica 7 2,05 65,70 20,80 6,28 0,35 0,80 0,18 3,63 0,09 1,04

Cerâmica 8 1,62 68,30 18,30 5,73 0,37 0,99 0,17 4,11 0,09 0,90

Amostra mg de Ca(OH)2/g

amostra

Cerâmica 1 443

Cerâmica 2 525

Cerâmica 3 481

Cerâmica 4 434

Cerâmica 5 569

Cerâmica 6 599

Cerâmica 7 481

Cerâmica 8 473

Identificação da

amostra

Resistência à compressão (MPa) Desvio relativo máximo

(%) CP 01 CP02 CP 03 Média

Cerâmica 1 8,8 9,3 8,7 8,9 4,5

Cerâmica 2 10,0 9,5 9,7 9,7 3,1

Cerâmica 3 8,2 8,0 8,0 8,1 1,2

Cerâmica 4 8,6 8,9 8,9 8,8 2,3

Cerâmica 5 9,4 9,3 9,4 9,4 1,1

Cerâmica 6 9,1 9,2 9,2 9,2 1,1

Cerâmica 7 7,4 7,2 7,1 7,2 2,8

Cerâmica 8 9,9 10,1 10,2 10,1 2,0

Amostra Quantidade de

caulinita, em %

Cerâmica 1 22,14

Cerâmica 2 36,29

Cerâmica 3 25,79

Cerâmica 4 24,29

Cerâmica 5 21,43

Cerâmica 6 25,71

Cerâmica 7 26,43

Cerâmica 8 25,71

A Figura ilustra os resultados de ensaios Chapelle

conforme a norma ABNT NBR [4] realizados na massa

da Cerâmica 4, em materiais secos (110°C) e queimados

nas temperaturas de 700°C, 750°C, 800°C, 850°C,

900°C e 950°C, que correspondem a faixa de

temperatura de queima nos fornos das cerâmicas

amostradas. A curva obtida para essa matéria prima

revela que o patamar máximo de reatividade ocorre

entre as temperaturas de 700°C e 800°C, a partir do

qual há uma perda progressiva da atividade pozolânica.

Supõe-se que à medida que as esmectitas ganham

reatividade por amorfização com aumento da

temperatura de queima acima de 800°C, há a tendência

de perda da reatividade da caulinita por recristalização.

A presença de caulinita na

caracterização por termogravimetria

(TG) é evidenciada pela perda de

massa no intervalo de calcinação

entre 300°C e 550°C que se encontra

em destaque na figura. As curvas são

semelhantes, sendo que o teor de

caulinita calculado é muito

homogêneo entre as várias amostras.

A tabela mostra a quantidade de

caulinita estimada por perda de

massa (perda de água estrutural).

Análise Química

DRX total das massas

Ensaio Chapelle

Termogravimetria

DRX total dos resíduos Ensaio Chapelle e ensaio IAP

O desaparecimento dos picos dos minerais dos grupos

da caulinita e esmectita, e a permanência dos picos das

micas devem estar relacionados às temperaturas de

queima praticadas nas cerâmicas, que provocaram a

desidroxilação desses argilominerais e não foram

suficientes para permitir a perda das hidroxilas do

conteúdo micáceo. As micas mantêm sinais claros nos

difratogramas de raios-X, sugerindo desestruturação

incipiente da sua cristalinidade. Portanto, a atividade

pozolânica dos materiais amostrados está relacionada

essencialmente ao conteúdo dos dois argilominerais

(caulinita e esmectitas) nas massas cerâmicas. A

constatação da desidroxilação das esmectitas indica

também que as peças provavelmente atingiram

temperaturas acima de 800°C, quando ocorre a

finalização de perda das hidroxilas por este mineral.

Os valores do ensaio Chapelle variaram de 434 a 599 mg

de Ca(OH)2/g. Apenas a amostra da Cerâmica 4

apresentou valor Chapelle inferior ao limite da norma (436

mg de Ca(OH)2/g), com o conjunto amostral indicando

uma média de 500 mg de Ca(OH)2/g, suplantando o valor

da norma em 14,7%. As variações na reatividade devem

estar relacionadas à composição das massas cerâmicas,

e ao ciclo e temperatura de queima adotados nas

diferentes unidades fabris.

A partir dos resultados obtidos (ver tabela), verifica-se

que todos os materiais avaliados podem ser considerados

como materiais pozolânicos, apresentando resistência à

compressão maior que 6 MPa e desvio relativo máximo

inferior a 6%. Portanto, servem como adição em

substituição ao cimento Portland.

A curva granulométrica obtida pelo

processo de moagem que ficou muito

próxima da curva do cimento ARI,

lembrando que a referência utilizada

para a granulometria do material foi o

material ser totalmente passante na

peneira #200 mesh, eficiente a ponto

de gerar somente 25% de retidos na

peneira #325 mesh, o que indica a

facilidade de moagem do RCV.

Granulometria