Download - Minerais e Rochas Para Ceramica
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Minerais e rochas para a indstria cermica
Antonio Liccardo
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Cermica: origem, antiguidade
Keramos = coisa queimada (grego)
5000 A.C.: artefatos de argila (earthenware), loua de barro (pottery)
3500 A.C.: torno de oleiro
1000 A.C.: porcelana (China)
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A produo de cermicas no
Paran to antiga quanto a
sua ocupao, at mesmo
anterior chegada dos
colonizadores, com a
confeco de peas
artesanais pelos povos pr-
cabralianos. O Museu
Paranaense apresenta vrios
artefatos cermicos atribudos
aos guaranis em pocas pr-
coloniais. Imagem Claudia
Parellada.
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Idade contempornea
Sc. 18: porcelana (Alemanha), colagem, extruso, forno tnel
Sc. 19: mecanizao, microscopia tica, cones piromtricos
Sc. 20: raios X, microscopia eletrnica, materiais sintticos, automatizao
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Cermica: definio tradicional
Minerais de composio inconstante e pureza duvidosa so expostos a um tratamento trmico no-mensurvel, que dura o suficiente para permitir que reaes desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogneos e no-estequiomtricos, conhecidos com o nome de materiais cermicos.
[Gugel apud Claussen, 1995]
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Cermica: definio moderna
Materiais cermicos so compostos slidos
formados pela aplicao de calor, algumas vezes
calor e presso, constitudos por ao menos
um metal (M) e um slido elementar no-metlico (SENM) ou um no-metal (NM),
dois SENM, ou
um SENM e um no-metal (NM)
[Barsoum, 1997]
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Metais e no-metais
Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al...
No-metais (NM): N, O, H, halognios, gases nobres...
Slidos elementares no-metlicos (SENM): isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)
[Barsoum, 1997]
M + NM: MgO, Al2O3, BaTiO3, YBa2Cu3O7...
M + SENM: TiC, ZrB2...
SENM + SENM: SiC, B4C
SENM + NM: SiO2, Si3N4
Exemplos de combinaes
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Cermica tradicional x avanada
Cermica Matrias-primas
Estrutura Proprie-dades
Processa-mento
Aplicaes
Tradicional(silicatos)
naturais,mineraisindustriais(98%pureza)
homognea,menos porosa
eltrica,magntica,nuclear, tica,mecnica,trmica,qumica,biolgica
prensagemisosttica,moldagempor injeo,sinterizao,ligao porreao
eletrnica,estrutural,qumica,refratrios
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Funes dos produtos cermicos
[Barsoum, 1997; Reed, 1995]
Trmica
Eltrica
Magntica
tica
Nuclear
Qumica
Biolgica
Mecnica
Esttica
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Funes Classes Aplicaes Exemplos
condutividade trocadores de calorpara pacoteseletrnicos
AlN
Trmicas isolamento revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura
fibras de SiO2, Al2O3,ZrO2
refratariedade revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura(metais fundidos,escrias)
SiO2, Al2O3, ZrO2
Funes Classes Aplicaes Exemplos
condutividade elementos deaquecimento parafornos
SiC, ZrO2, MoSi2
Eltricas ferroeletricidade capacitores BaTiO3, SrTiO3
isolamento substratos de circuitoseletrnicos
Al2O3, AlN
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Funes Classes Aplicaes Exemplos
magnetos duros ms de ferrite (Ba,Sr)O6Fe2O3
Magnticas esuper-condutoras
magnetos moles ncleos detransformadores
(Zn,M)6Fe2O3, comM=Mn,Co, Mg
supercondutividade fios e magnetmetros YBa2Cu3O7
Funes Classes Aplicaes Exemplos
translucncia materiais paralmpadas de Na
Al2O3, MgO
ticas transparncia cabos de fibra tica SiO2
transparncia aoinfravermelho
janelas para laserinfravermelho
CaF2, SrF2, NaCl
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Funes Classes Aplicaes Exemplos
fisso combustvel UO3, UC
Nucleares fisso moderadores denutrons
C, BeO
fisso, fuso revestimentos emreatores
C, SiC
Funes Classes Aplicaes Exemplos
catlise suporte de catalisador Mg2Al4Si5O15
Qumicas condutividadesensitiva a gases
sensores de gases ZnO, ZrO2, SnO2,Fe2O3
separao filtros SiO2, Al2O3
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Funes Classes Aplicaes Exemplos
biocompatibilidade cimentos CaHPO42H2O
Biolgicas biocompatibilidade prteses estruturais Al2O3
Funes Classes Aplicaes Exemplos
dureza ferramentas de corte Al2O3, Si3N4, ZrO2, TiC
Mecnicas refratariedadeestrutural
estatores e lminas deturbina
Al2O3, Si3N4, MgO, SiC
resistncia a desgaste,abraso
mancais Al2O3, Si3N4, ZrO2, SiC
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Funes Classes Aplicaes Exemplos
cermica de mesa pratos, xcaras, vasos loua, porcelana
Estticas cermica derevestimento
pisos, azulejos grs, porcelanato
cermica sanitria vasos sanitrios, pias loua, porcelana
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TiposSeqncia de
processamento
Cermica p forma calor
Vidro p calor forma
Argamassa calor p forma
Classificao e aplicaes da cermica
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1 INTRODUO 16
argila
feldspato
slica
Moinho de bolas
Filtro-prensa
torta plsticabarbotina
Misturador
20-25% gua
Atomisadorp com 5-
6% gua
Prensa Extrusora1000 t
3-5 dias a
70-80 C
Secador
EsmaltaoForno a rolos
Forno tnel
60-150 min a
1300 C
40-70 h a
1300 C
Inspeo Retificao Inspeo
Separao
Empacotamento e
expedio
Fluxo na indstria cermica
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MATRIAS-PRIMAS PARA INDSTRIA
CERMICA
Multiplicidade de produtos e especificaes
Especificaes
Facilidade do mineral ou rocha fornecer os elementos adequados
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Principais matrias-primas
Quartzo e materiais afins
Feldspatos
Argilas (argilo-minerais)
Talco, pirofilita e serpentinitos
Calcrios, dolomitos e magnesitos
Gesso, anidrita e halita
Zelitas
Pozolanas
Matrias-primas especiais (refratrios, fundentes, estruturais, isolantes...)
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Quartzo e materiais afins
Fontes de SiO2
Quartzo, tridimita, cristobalita
Areias e cascalhos, arenito, quartzito, chert, gata, files, rochas gneas
cidas, vidros naturais, diatomito
Slicas sintticas
Principal aplicao: VIDRO e superfcies vitrificadas
Participao de slica em vrios outros produtos
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Por vidro entende-se um produto fisicamente homogneo obtido pelo resfriamento de uma massa inorgnica em fuso, que enrijece sem
cristalizar atravs do aumento contnuo da viscosidade.
Produtos minerais Produtos quimicos
Mistura
vitrificvel
SiO2
(areia)
CaCO3
(calcrio)
CaMg(CO3)2
(dolomita)
Na2O.Al2O3
(feldspato)
Na2CO3
(barrilha)
Na2SO4
100 % 57,46% 10,56% 9,88% 2,96% 16,46% 2,96%
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Tipos de vidros
SODO-CLCICO
embalagens em geral
O vidro plano usos construo civil, automobilstica, eletrodomsticos
BOROSILICATO
utenslios domsticos resistentes a choques trmicos
AO CHUMBO
Confere mais brilho taas, copos, clices, ornamentos
ALUMINOBOROSSILICATO
so utilizados em tubos de combusto,fibras de vidro, vidros com alta resistncia quimica
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Diferenas entre vidro comum e o cristal
O vidro possui ondulaes em sua superfcie que produz distores pticas.
O cristal no contm ondulaes superficiais, - menor % de defeitos no produzindo distores de imagens devido ao paralelismo de suas faces.
Cristais (Baccarat, Boemia, Murano e outros) possuem caractersticas notveis de brilho e transparncia obtidos por acrscimo de xidos na composio
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Feldspatos
Aluminossilicatos de K, Ca e Na
Formam soluo slida sistema ternrio
Cores variam de branco, amarelo a rosa
Constituem 60% da crosta
A composio fator importante
Feldspatos sdico-potssicos so mais apropriados para a indstria cermica
Rochas gneas alcalinas
(K,Na,Ca)(Si,Al)4O8
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Principais usos
Cermica branca K
Vidros e vidrados Na
Feldspatos para massas cermicas
Feldspatos para vidrados e esmaltes
Feldspato para vidro
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Nome
Composio
(% em molculas de Albita
(Ab) e Anortita (An)
Albita 90-100% Ab ; 0-10% An
Oligoclsio 70-90% Ab ; 10-30% An
Andesina 50-70% Ab ; 30-50% An
Labradorita 30-50% Ab ; 70-50% An
Bytownita 10-30% Ab ; 70-90% An
Anortita 0-10% Ab ; 90-100% An
Ortoclsio
Anortita
Albita
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Granitos possuem at 60% de feldspato
Granitos grficos
Pegmatitos
Nefelina-sienitos
Alaskitos
Aplitos
Anortositos
Arcsios
Areias feldspticas
Principais rochas fontes de feldspato
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Albitito Marc Minerao
Castro - PR
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Pegmatito Generosa
Minerao Brasil
Sabinpolis - MG
Veio feldsptico em
rocha gnea Incepa
Balsa Nova - PR
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Argilas
So constitudas de partculas
cristalinas essencialmente pequenas
ARGILOMINERAIS
Uma argila pode ser composta
de 1 ou mais tipos de
argilominerais
Argilas so materiais terrosos naturais de baixa
granulometria, que adquirem plasticidade quando
misturados com uma quantidade limitada de gua.
- Argilominerais propriamente ditos: materiais geralmente cristalinos, de composio varivel, diminuto tamanho de partcula (
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As argilas formadas no mesmo local originalmente ocupado
pela rocha-me so denominadas argilas primrias. Uma das
argilas primrias mais conhecidas o caulim.
Classificao de acordo com a origem
Em alguns casos as argilas so formadas, transportadas e
depositadas em locais distintos do seu local de origem. Essas
argilas so conhecidas como argilas secundrias ou, na
forma mais popular, como argilas de vrzea.
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Argilo-minerais
Argilas caulinticas
Argilas ilticas
Argilas montmorilonticas
So silicatos hidratados de alumnio, ferro e magnsio
com pequenas % de lcalis e alcalinos terrosos
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ARGILAS CAULINTICAS
O nome desse tipo de argila deriva do seu principal constituinte, a caulinita:
Al2O3.2SiO2.2H2O
O tamanho de partcula da caulinita, da ordem de 1 milsimo de milmetro, sensivelmente maior que o dos argilominerais das outras classes.
Conseqentemente, as argilas caulinticas apresentam baixa plasticidade.
A granulometria mais elevada leva a uma porosidade maior na estrutura do material a seco. Essa porosidade, por outro lado, permite secagem rpida e fcil, porm limita a resistncia flexo a seco da argila, que pode variar de 10 a 30 kgf/cm2.
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ARGILAS ILTICAS
A ilita um argilomineral de ocorrncia freqente nas argilas. Os cristais do mineral tm forma lamelar alongada e bordas irregulares, com tamanho de partcula que varia entre 0,1 e 2 milsimos de milmetro.
Kx(Al,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O, x
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ARGILAS MONTMORILONTICAS
A montmorilonita um argilomineral formado em climas secos, a partir de rochas bsicas (como feldspatos) ou por alterao de cinzas vulcnicas e rochas magmticas ricas em Ca e Mg.
Al4Si8O20(OH)4.nH2O
A composio real dos minerais desse grupo difere da terica devido a substituies e trocas de ctions (Si por Al; Al por Mg, Fe ou Li). Uma das principais caractersticas do argilomineral o tamanho de partcula (inferior a 0,5 milsimo de milmetro).
As argilas que contm um volume significativo desse mineral so difceis de secar, exibem forte retrao de secagem, elevada plasticidade e elevada resistncia mecnica a seco (> 80 kgf/cm2).
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A plasticidade das argilas uma propriedade crtica para
a indstria cermica, uma vez que determina a
possibilidade de processar esses materiais por extruso e
conformao plstica, isto , a sua trabalhabilidade.
Plasticidade pode ser definida como a capacidade de
um material deformar-se sob a ao de uma fora
externa sem perder a integridade fsica e reter a
deformao aps a remoo da fora.
Varia com a composio da argila
Importantes tambm a fusibilidade e cor de queima
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RELAO ENTRE A PLASTICIDADE E A SECAGEM:
QUANTO MAIOR A PLASTICIDADE:
VOLUME DE GUA RETIDO
RETRAO
DE SECAGEM CONSUMO ENERGTICO
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Testes de cor de queima
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CARACTERIZAO TECNOLGICA
Distribuio granulomtrica
Avaliao da plasticidade
Avaliao da umidade de extruso
Determinao da retrao de secagem e de queima
Reabsoro de gua aps secagem
Absoro de gua aps queima
Perda ao fogo
Porosidade e densidade aparentes
Cor de queima
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ATD/ATG (anlise termo-diferencial e termo-gravimtrica
DRX (caracterizao mineralgica)
Dilatometria (expanso e contrao)
Anlise qumica (resultado em xidos)
TCNICAS ANALTICAS AVANADAS
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Argila de vrzea, rio Iguau, Araucria.
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Ocorrncia de caulim
em Tijucas do Sul PR Minerao Tabatinga
Argilito que fornece
material para
cermica vermelha Guamiranga - PR
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Argila sedimentar. Lavra cermica Eliane, Siqueira Campos.
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47
Lavra de solo de alterao de granitos, So Jos dos pinhais
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48
Pilhas de argila. Cermica Santa Olinda, Siqueira Campos.
12
3
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49
Pilha de argilas, para a
composio da massa. Inaj.
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50
Tijolos em secagem pr-
cozimento - Nova Londrina.
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Caulim- A mais nobre das argilas - alvura
- a argila que queima na cor branca
e muito refratria mulita
- Baixa porosidade e plasticidade
- Pode ser primrio ou sedimentar
- Produto de alterao do feldspato
- Explorao a cu aberto
- Para cimento branco, porcelanato,
faiana, loua sanitria, azulejos...
Ball clay
- Argila sedimentar especial muito plstica
- Grande poder ligante
- Menos refratrio que o caulim
- Caulinita+haloisita+quartzo
- Gnese Primria
- Rochas feldspticas
- Granitos
- Pegmatitos
- Solfataras
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Magnesita Brumado, BA
Dolomita BA
Calcrio calctico Ourolndia, BA
Calcita, dolomita e magnesita
- Rochas carbonatadas
- Calcrios e mrmores
- Carbonatitos
- Calias
Calcita - MT
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Dolomita (CaMg) CO3
Fonte de cal e magnsio
Cermica branca e vidro
Mistura de cristais de calcita e magnesita
Propriedades refratrias
Calcita e rochas calcticas CaCO3
Fabricao de cal e cimento
Modo em cermicas
Vidros e vidrados
Esmaltes
Estuques
Cal fundida e cristalizada refratria
Magnesita MgCO3
Cristalina e criptocristalina
Propriedades refratrias
Ponto de fuso 2800 C
Tijolos especiais
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Talco, pirofilita e
serpentinitos
Pirofilita - MG
Talco, MG
Agalmatolito, MG
Filossilicatos hidratados resultantes de
processos metamrficos e hidrotermais
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Possuem dureza muito baixa
Apresentam propriedades refratrias
Cermicas eltrica e de baixa expanso trmica (pirofilita)
Permitem ciclos de queima mais rpidos para loua branca
Fabricao de isoladores eltricos cermicos (talco)
Talco limita a expanso trmica dos corpos cermicos
Melhora a translucidez em loua branca e em azulejos e porcelanato
Talco em vidros magnesianos
Serpentinitos podem conter amianto
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Gipsita, anidrita e halita
Halita
Gipsita
Gipsita gesso CaSO4. H2O
Anidrita resulta da desidratao
Utilizados para fabricao de cimento como retardador na
mistura
Carga de esmaltes e vidrados
Halita NaCl
Sal-gema usado em vidrados
Domos e dipiros
Encontram-se associados em ambientes de gnese evaportica
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Zelitas
Natrolita
Escolecita
Famlia de minerais com mais de 80 espcies
Aluminosilicatos hidratados de metais alcalinos e alcalino-terrosos
Naturais e sintticas
Gnese hidrotermal, magmtica e sedimentar
Sedimentares so mais interessantes economicamente para cermica
Uso como peneiras moleculares -separam molculas por formas e
tamanhos
Elevada capacidade de troca catinica (CTC)
Aplicada na indstria como aglomerante e como agregado leve
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espodumnio, barita, fluorita,
terras raras, sais de sdio e
potssio, pozolanas, cromititos,
rochas variadas conforme a
aplicao...
Outras substncias minerais com
aplicao na indstria cermica
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Indstria cermica no Paran
O estado produz caracteristicamente MRI
Caulim, talco, calcrio e argilas vermelhas
Feldspato e quartzo presentes
Indstria cermica expressiva
Alta tecnologia e competitividade
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Cermica vermelha fundamental para o crescimento
das cidades.
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Cermica branca caracterstica da sociedade ps-industrial