Materiais Cerâmicos – Silicatos

Conceitos Gerais

Processo – Cerâmica com Argilas

Massas Cerâmicas : São produzidas pela mistura de

diversos componentes ( Materias Primas)

Minerais no estado natural ou beneficiados que podem

ser divididos de acordo com o seu comportamento

quando em contato com água.

Matérias primas plásticas

Matérias primas não plásticas

(desgrasantes)

Preparação da massa : A composição da massa depende das características do produto final e

do processo de fabricação a ser utilizado. A escolha das matérias primas e a quantidade a ser

adicionada de cada uma é conhecida como Formulação. E, para formular uma massa deve-se

levar em consideração:

A) a proporção entre materiais plásticos ( minerais argilosos principalmente) e não

plásticos (quartzo, feldespato, chamota, etc) deve ser controlada;

B) se a preparação é feita a úmido a mistura deve ser facilmente defloculada.

C) a composição química e mineralógica deve ser tal que, favoreçam o processo de

queima conferindo ao produto acabado as propriedades desejadas. (resistência

mecânica, densidade.............)

Preparação da massa

O que define a cor vermelha?

O principal responsável pela coloração vermelha do produto é a presença de ferro, que pode estar

em diferentes formas. Seu efeito pode ser acentuado pela presença de outros óxidos como óxido

de titânio, da quantidade de fase vítrea presente, e a facilidade de formação de fases cristalinas

(mulita, anortita, wollastonita, .....), a partir dos minerais de origem.

• Para produtos de queima branca, as matérias primas plásticas devem

apresentar menos de 3% de ferro e as não plásticas menos de 0,5%;

• O custo de produção é diferente;

• As características do processo mudam;

Preparação da massa

PLÁSTICAS

É um material de granulometria fina que apresenta

comportamento plástico quando em contato com

pequenas quantidades de água

É de natureza e origem variável , sendo constituída por

diferentes minerais

• Feldspato e fedspatoides

• Silica

• Carbonatos

• Talco

• Argilas

• Reduz a Plasticidade

• Facilita a Defloculação.

• Aumenta a eficiência de compactação

• Aumenta o tamanho dos poros facilitando a

secagem e a desgaseificação

• Reagem com os outros componentes

• Podem alterar a temperatura de gresificação

(Sinterização)

• Podem aumentar a Refratáriedade

Matérias primas

NÃO PLÁSTICAS

•Argilas é um termo empregado como

referência a um material de granulometria

fina, que apresenta um comportamento

plástico quando umedecido;

•São rochas de natureza e origem variável,

sendo constituídas por diferentes minerais;

•Os minerais argilosos dificilmente são

encontrados na forma pura.

Matérias primas plásticas

• Minerais de argila

• Sílica livre, que na maioria das argilas é o

quarzo, com granulometria superior a 10m

• Carbonatos

• Feldspatos, principalmente alcalinos e alcalinos

terrosos

• Micas não hidratadas como muscovita e

biotita

• Compóstos de ferro e titânio

• Sais solúveis

• Matérias orgânicas e resíduos de ricos em

carbono

Matérias primas - Argila

Estes componentes podem ser divididos em minerais primários e secundários

Secundários • Minerais de argila

• Carbonatos

• Sulfatos

Primários • grãos grosseiros

• formas arredondadas

• menor área superficial

• maior resistência química

• estabilidade térmica

• menor solubilidade

• grãos finos

• alta área superficial

• solubilidade

• ‘atacabilidade’

• instabilidade térmica

• Resíduos de rochas

(quarzto, feldspatos...)

A composição das argilas

Composição química de argilas de queima branca

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,82 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,03 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,54 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,55 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,82 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,03 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,54 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,55 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3

• Grande perda de massa durante a queima

• Eliminação de gases gerados durante a

decomposição

Secundários Primários

• Não sofrem alterações apreciáveis no peso

• Não apresentam a eliminação de gases

durante o aquecimento

• Estruturas em camadas, onde a ordem das camadas define o tipo de argilomineral;

• Entre as camadas pode ser “acomodados”ions K+, Na+ e Ca2+;

•Entre os mais comuns estão Caolinita, Illita e

Montmorilonita.

Caolinita ( Al2O3.2SiO2.2H2O) ou Al2 (Si2O5)(OH)4

Nacrita

Dickita

Livesita

Halloysita

Cloritas

Montmorilonita

Illitas

Beidilita

Nontronita

Hectonita

Saponita

• Grande capacidade de absorver água

Grande variedade

• Grande capacidade de absorver água (>)

Pauling definiu regras que direcionam oentendimento dos princípios que regem aformação dos arranjos atômicos.

(1) Um poliedro de coordenação é formado ao redor de cada cátion. A distância entre cátions eânions será definido pela soma dos raios de ambos e o número de coordenação é dado pelarelação do número de ânios por cátion

Número de coordenação

Relação de raios

1 0 -

2 0 -

3 0,115-0,2254 0,225-0,4146 0,414-0,7328 0,732-1,0012 1,0-1,0

Número de coordenação

Relação de raios

1 0 -

2 0 -

3 0,115-0,2254 0,225-0,4146 0,414-0,7328 0,732-1,0012 1,0-1,0

REGRAS DE PAULING

(2) Em uma estrutura estável a força total das ligações cátion/ânion deve ser igual a carga docátion ( Princípio da valência eletrostática). Para definir esta força de ligação a valência docátion é dividida igualmente entre todos os ânions semelhantes que participam da ligação e onúmero de ligações depende exclusivamente do número de coordenação

Si Carga +4numero de coordenação 4força de ligação = 4/4=1

Mg Carga +2numero de coordenação 6força de ligação = 2/6=1/3

REGRAS DE PAULING

Para os cátions existe a exigência de que todas ascargas tem que ser iguais e para os ânions estaexigência não existe

O-2

1 1

1

1/31/3

1/31/3

1/3 1/3

1/3

1/31/3

REGRAS DE PAULING

(3) A existência de vertices, lados ou faces em comum entre os ânios de diferentes poliédrosdepende da estabilidade do sistema, sendo que o compartilhamento de vértices é a condiçãocom menor interferência e maior estabilidade.Este efeito é maior para cátions maiores e valencias também maiores e consequente menornúmero de coordenaçãoEste efeito também é maior quando as relações de raios r/R se aproximan dos limites deestabilidade dos poliédros

Compartilhando vértices

REGRAS DE PAULING

Compartilhando lados

Compartilhando faces

REGRAS DE PAULING

TiO2

(4) Em cristais contendo mais de um cátion,aquele que apresenta maior valência e menornúmero de coordenação tende a nãocompartilhar elementos do poliedro com osoutros semelhantes.

(5) O número de constituintes em uma mesmaestrutura tende a ser mínimo. Tudo nanatureza tende a um estado de menor energia

REGRAS DE PAULING

Si+4 r= 0,39 O-2 R=1,33 r/R= 0,39/1,33 = 0,294 NC=4

Cada silício é rodeado por 4 oxigênios,sendo que a força de ligação é igualmentedividida entre todos eles

Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1

Al+3 r= 0,57 O-2 R=1,33 r/R= 0,57/1,33 = 0,428 NC=6

Cada Al é rodeado por 6 oxigênios, sendoque a força de ligação é igualmentedividida entre todos eles

Força de ligação = valência/ NC = 3/6=1/2

As estruturas dos silicatos

Mg+2 r= 0,78 O-2 R=1,33 r/R= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6

Força de ligação Fe+2 = valência/ NC = 2/6=1/3

Fe+2 r= 0,83 O-2 R=1,33 r/R= 0,83/1,33 = 0,504 NC=6

Força de ligação Mg+2 = valência/ NC = 2/6=1/3

Estabilidade da estrutura – satisfazer o critério devalência – 1 oxigênio precisa estar ligado a 1 Si e 2 Al ou 1Silício e 3 Mg.........

As estruturas dos silicatos

Ortosilicatos Silicatos em que não existe compartilhamento de de umoxigênio por dois silícios

Estrutura constituida por tetraédrosisolados

Formula :1 Si : +44 O : -8

-4

44SiO

Exemplo : Forsterita

Mg2SiO4 ou 2MgO.SiO2

Faialita Fe2SiO4

PirosilicatoSilicatos constituidos por dois tetraédros compartilhandoum átomo de oxigênio

2 Si : +87 O : -14

-6

Formula :

672OSi

Exemplo : Melilita

Ca2MgSi2O7 ou 2CaO.MgO.2SiO2

Piroxenios ou MetasilicatosSão silicatos compostos por tetraédros que compartemdois oxigênios formando uma cadeia ou formando aneis,ao compartilhar os extermos da cadeia

Formula :1 Si : +43 O : -6

-2

231OSi

Exemplo : enstatitaMgSiO3 ou MgO.SiO2

beriloBe3Al2(SiO3)6

Cadeia

Piroxenios ou Metasilicatos

AnfibóliosSão silicatos compostos por tetraédros que compartem dois outrês oxigênios formando uma cadeia dupla. A estrutura pode servista comodois piroxênios ligados.

Formula :2 Si : +85 e 1/2 O : -11

-3

Exemplo : Tremolita(OH)2Ca2Mg5(Si4O11)2

2CaO.5MgO.8SiO2.H2O

35,52OSi 6

114OSi

Qualquer estrutura mais complexa que esta deve ter grupos hidroxilaspara complementar a estrutura.

Anfibólios

Estruturas em camada

São silicatos compostos por tetraédros que compartem trêsoxigênios formando uma rede bidimensional.Estas camadas podem ser compartilhadas com poligonos decoordenação octaédrica (6) como na caulinita ou duas camadaspodem se organizar formando outras estruturas como a pirofilita.

Formula :1 Si : +42 e 1/2 O : -5

-1

Exemplo : Caulinita(OH)4Al2(Si2O5)Al2O3.2SiO2.H2OPirofilita(OH)2Al2(Si2O5)2

Al2O3.4SiO2.2H2O

15,21OSi 2

52OSi

Estruturas em camada - representação

Estruturas

tridimensionais

São silicatos compostos por tetraédros que compartem quatroátomos de oxigênio formando uma rede tridimensional.O componente mais comum deste sistema é o quartzo, enquanto osfeldspatos pertencem também a este grupo

Formula :1 Si : +42 O : -4

0

Exemplo : Quartzo SiO2

021OSi

Estruturas

desordenadas

Existe um certo ordenamento quando se olham os vizinhos maispróximos (tetraédros), mas não existe um ordenamento do arranjo dostetraédrosNão existe uma formula química definida

Resumo

Nomenclatura Numero O compart. Grupo Base 1Si

OrtosilicatoPirosilicatoPiroxenioAnfibolioRede (camada)Estrutura trid.Sem ordem

012

2 ou 334-

(SiO4)-4

(Si2O7)-6

(SiO3)-2

(Si4O11)-6

(Si2O5)-2

(SiO2)

(SiO4)-4

(Si1O3,5)-3

(SiO3)-2

(SiO11/4)-3/2

(Si1O2,5)-1

(SiO2)

Tipos de silicatos

I – Tetraédros isolados ortosilicatos

II – Grupos complexos tetraédros duplosestruturas ciclicas

III – Estruturas em cadeias piroxeniosanfibólos

IV – Estruturas em folhas CaulinMicas (talco, Illita, mont.)Cloritas

V – Estruturas tridimensionais

VI – Estruturas amorfas

Substituição isomórfica: comoexistem íons com raios iônicosbastante semelhantes podeocorrer a substituição de um poroutro dentro da estruturacristalina.De uma forma geral pode-se dizerque a substituição pode ocorrerdesde que os raios iônicos doselementos envolvidos não varie emmais que 15%A diferença de carga não écritério para inviabilizar umasubstituição, mas o critério deneutralidade de cargas deve sermantido.

Elementos Valência Raio Iônico r/R NC

Li +1 0,78 0,586 6Na +1 0,98 0,737 8K +1 1,33 1,000 12

Be +2 0,34 0,255 4Mg +2 0,78 0,586 6Ca +2 1,06 0,797 8Fe +2 0,83 0,624 6Fe +3 0,67 0,504 6Al +3 0,57 0,428 6Si +4 0,39 0,293 4O -2 1,32F -1 1,33

OH- -1 1,32

Íons associados aos silicatos

Pontos importantes da tabela

-a tabela foi construída considerando íons tendo seisvizinhos-Existe grande diferença dos raios iônicos de O-2 com íonsde si, al.....-Existe grande semelhança do raio iônico de O-2 e grupoOH-

-A estrutura de silicatos é construída com base naeficiência de empacotamento dos íons O-2 e grupos OH-

Íons associados aos silicatos

Estudo de caso – Forsterita Mg2SiO4É um ortoclásioPelas regras de paulin

Si+4 r= 0,39 O-2 R=1,33

r/R= 0,39/1,33 = 0,294 NC=4

1 1

1

1/31/3

1/31/3

1/3 1/3

1/3

1/31/3

Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1

Mg+2 r= 0,78 O-2 R=1,33

r/R= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6

Força de ligação Mg+2 = valência/ NC = 2/6=1/3

É um piroxênioPelas regras de paulinEstudo de caso – Enstatita MgSiO3

1 1

1

1/31/3

1/31/3

1/3 1/3

1/3

1/31/3

Si+4 r= 0,39 O-2 R=1,33

r/R= 0,39/1,33 = 0,294 NC=4

Força de ligação = valência/ NC = 4/4=1

Mg+2 r= 0,78 O-2 R=1,33

r/R= 0,78/1,33 = 0,586 NC=6

Força de ligação Mg+2 = valência/ NC = 2/6=1/3

OXIGENIO

SILICIO / MAG.

1/3

1/3 1/3

1/3

1/31/3

Estrutura em camadas

Constituidos pelo sequenciamento de camadas ordenadasem sistemas que podem ter 1, 2 ou 3 camadasO principal constituinte são as camadas de tetraédros Si-º (Si2O5)-2.Estas camadas são intercaladas por camadas octaédricasNC=6, contendo Al e Mg

Estrutura em camadas Camadas contendo Al+3 tem número de coordenação 6,formando octaédros

GIBSITA Al(OH)3 – Este mineral é importante também como matéria prima.

Estrutura em camadasCamadas contendo Mg+2 tem número decoordenação 6, formando octaédros

BRUCITA Mg(OH)3 – Este mineral é importante também como matéria prima.

Estrutura em camadas

As estruturas de brucita e gibsita, ambas tem duas camadas de hidroxilas arranjadas em empacotamento

denso em torno de uma camada de cátions. A diferença é que no caso da gibsita apenas 2/3 dos

espaços octaédricos são ocupados enquanto para a brucitatodas os espaços estão preenchidos

Estrutura em camadas

Estrutura em camadas

Estrutura em camadas

Talco3MgO.4SiO2.1H2O

Mg3(Si2O5)2(OH)2

Sistema composto por três camadas – duas camadas desilicato e uma camada de brucitaNão apresenta substituições isomórficasEstrutura simétrica – baixas tensões

950 ºC – decompõesMgO.SiO2 (Clinoenstatita)1050 a 1150 – reage comAl2O3, SiO2, CaO

Calcita

O uso de talco na fabricação de revestimentos

• Aumentar a fundência da mistura para gres porcelanato branco;

Composição química de alguns talcos

• São minerais com composição química contendo únicamente silicio como

cátion (SiO2). Denominado geralmente por sílica apresenta como destaque

a forma mineralógica do quartzo.

• A silica de alta pureza é utilizada em geral na industria de vidros

• A sílica com maior teor de impurezas, e granulometria grosseira é utilizada

predominantemente pela industria siderúrgica.

• Quando apresentam um certo teor de feldspato são conhecidos como areias

feldspáticas.

Silica

• Pode ser encontrada em três formas principais:

• Quartzo

• Cristobalita

• Tridimita

• Reações de conversão

• Reações de inversão

Quartzo

Quartzo Tridimita 1 - 2 Cristobalita Líquido

Tridimita 1- 2 Cristobalita

573ºC 117-163ºC 218ºC

870ºC 1470ºC 1710ºC

Quartzo

Quartzo Tridimita 1 - 2 Cristobalita Líquido

Tridimita 1- 2 Cristobalita

573ºC 117-163ºC 218ºC

870ºC 1470ºC 1710ºC

• Em rochas

• Na forma de areias

• quartzito

O quartzo é o mineral mais abundante, sendo encontrado em

diferentes formas:

A Tridimita é encontrada em rochas vulcânicas ( riolita,

obsidiana e andesita) estando associada a sanidita e a

cristobalita).

O beneficamento leva em consideração a granulometria e a

composição química

• Moagem

• Lavagem

• Flotação

BENEFICIAMENTO

O uso de quartzo

• reduz a plasticidade

• diminui a retração de queima e secagem

• aumenta a permeabilidade e normalmente da

compactabilidade

• diminui o tempo de secagem

• diminui a resistência mecânica a verde e queimado

• aumenta a refratariedade

• em geral aumenta o coeficiente de dilatação térmica

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 96,1 2,1 0,05 0,09 0,06 0,27 1,10 0,01 0,162 83,3 10,3 0,08 0,20 0,19 0,14 3,85 0,01 1,81

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 96,1 2,1 0,05 0,09 0,06 0,27 1,10 0,01 0,162 83,3 10,3 0,08 0,20 0,19 0,14 3,85 0,01 1,81

Solução sólidaExplica como uma estrutura pode ser formada fora de suacondição estequiométrica.

Substituição isomórfica: comoexistem íons com raios iônicosbastante semelhantes pode ocorrera substituição de um por outrodentro da estrutura cristalina.

De uma forma geral pode-se dizerque a substituição pode ocorrerdesde que os raios iônicos doselementos envolvidos não varie emmais que 15%

A diferença de carga não é critériopara inviabilizar uma substituição,mas o critério de neutralidade decargas deve ser mantido.

Solução sólida

(1) Solução sólida com adição – ions sãoincluidos na estrutura ocupando espaçosvazios da rede

(2) Solução sólida substitucionál – ions daestrutura são substituidos por outros

(3) Solução sólida com omissão ou eliminação– ions da estrutura são removidos

Imaginemos um composto cristalino AnBm ondeA é o cátion, B é o ânion e n e m são asquantidades estequiométricas de A e B. Existeum terceiro componente C que pode serintroduzido em solução nas seguintes formas

Adição – AnBmCx

Substituição – (Nan-xCx)Bm ou Na(Bm-xCx)Omissão – AnBm-y ou An-yBm

Em todos os casos o critério de neutralidadede carga deve ser mantido. Esta neutralidadepode ser obtida pela mudança de estado deionização dos ions ou pela combinação de tiposde solução sólida diferentes

Feldspatos

Tem como base a estrutura da silica (SiO2) com ions Al+3

substituindo posições dos ions Si+4, sendo incluidos ionsNa+, K+, Ca++, Ba++ em posições intersticiais para manter aneutralidade.

Ortoclásio (KAlSi3O8)1 em cada 4 Si é substituidoe 1 cátion +1 também (K)Albita (NaAlSi3O8)1 em cada 4 Si é substituidoe 1 Cátion +1 também (Na)Anortita (CaAl2Si2O8)2 em cada 4 Si é substituidoe 1 Cátio +2 também (Ca)Celsian (BaAl2Si2O8)2 em cada 4 Si é substituidoe 1 Cátio +2 também (Ba) •É o grupo mineralógico mais abundante, mas são

poucas as fontes onde é possível o beneficiamento.

São divididos em três grupos:• Alcalinos ( A = Na, K) (Al/Si=1/3)

• Plagioclásio ( A= Na, Ca) (Al/Si entre 1/3 e 1)

• Pesados ( A= K, Ba) (Al/Si entre 1/3 e 1)

• Albita NaAl (Si3O8)

• Anortita CaAl2 (Si2O8)

• Ortoclásio KAl (Si3O8)

• Celsiana BaAl2 (Si2O8)

Ortoclásio

Albita Anortita

Alcalinos

Plagioclásio

Feldspatos cálcicos são os mais utilizados na industria

cerâmica

Feldspatoides apresentam estruturas similares mas com

menores teores de Si

Composição Média dos Feldspatos

SiO2..............................63 - 77 %

Al2O3............................13 - 22 %

K2O............................... 0,1 - 15 %

Na2O............................. 0,1 - 11 %

Outros (CaO, Fe2O3)....<0,2 %

Trituração

Primária

Trituração

Secundária

Separação

granulométricaSecagem

Separação Magnética

alta Intensidade

Separação Magnética

baixa Intensidade

Moagem

Primária

Separação

granulométrica

Separação

granulométrica

Moagem

secundária

Clásificação

granulométrica

Armazenamento

BENEFICIAMENTO - Tradicional

BENEFICIAMENTO - Flotação

Classificação

grosseira

Rejeito

Pedras e raizes

Classificação

intermediária

<0,5

Rejeito

Areia

feldspática

<0,73mm

Reagentes

Flotação

minerais pesados

Rejeito

Minerais pesados

Areia

feldspática

Reagentes

Classificação

de areias

Feldspato

Flotação

feldspatos

BENEFICIAMENTO - Flotação

Secagem

Armazenamento

areia de vidro plano

Armazenamento

areia de fundição Silagem

Armazenamento

feldspato úmido

Feldspato cerâmico Moagem Classificação Ensacamento

Silagem

Secagem

O uso de feldspatos

• Correspondem à primeira fase líquida formada durante a queima.

• Facilita a fusão e aumenta a reatividade, diminuindo a temperatura de

queima.

• O feldspato sódico é mais eficiênte

• Melhora a compactação e a permeabilidade das peças a verde.

• Diminuindo a contração de queima, e aumenta a densidade de queima, em

temperaturas superiores às de fusão do feldspato.(abaixo de 1100C)

• Podem gerar bolhas internas• Feldspatos alcalinos são os mais utilizados

• Devem ser considerados os teores de Fe2O3

• Apresentam também (Litio, Calcio e Magnésio)Composição química de feldspatos

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 Li2O P.F.

1 70,0 19,0 0,1 0,5 0,1 10,0 0,3 0,1 0,32 74,6 15,3 0,2 0,7 0,1 6,5 1,7 0,1 0,83 68,1 18,5 0,4 1,3 0,2 9,0 1,2 0,2 1,24 76,4 14,4 0,3 0,6 0,2 4,7 2,7 0,65 71,5 15.2 0,1 0,1 0,6 5,9 2,4 0,1 0,3 1,8

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 Li2O P.F.

1 70,0 19,0 0,1 0,5 0,1 10,0 0,3 0,1 0,32 74,6 15,3 0,2 0,7 0,1 6,5 1,7 0,1 0,83 68,1 18,5 0,4 1,3 0,2 9,0 1,2 0,2 1,24 76,4 14,4 0,3 0,6 0,2 4,7 2,7 0,65 71,5 15.2 0,1 0,1 0,6 5,9 2,4 0,1 0,3 1,8

Plagioclásios – Na+ e Ca++ - formam solução sólida totalAlcalinos – Na+ e K+ - forma solução sólida parcial

Feldspatos

Feldspato sódico fundem acima de 1120 ºC formando líquido relativamente viscoso. Se ofeldspato tiver Silica presente a temperatura de fusão diminui para 1065 ºC. Entre os doisforma-se um eutético em cerca de 30% de sílica e 70% de albita.

Feldspato potassico funde acima de 1180 ºC formando a leucita K2O. Al2O3. 4SiO2 e um liquidoviscoso rico em sílica. A fusão completa acontece a 1530 ºC. Entre 1180 e 1530 ºC ocorre adissolução lenta da leucita. Se tiver sílica combinada a temperatura de fusão pode chegar a990 ºC. No feldspato potássico (ortoclásio) tem um intervalo de formação de líquido maior e aviscosidade é maior.

Feldspato calcico funde a 1553 ºC

Argilominerais

Os argilominerais e micas são descritos como silicatos de duas camadas e silicatos de trêscamadas. O primeiro descreve o grupo das caulinitas e o segundo a estrutura do grupo dasmontmorilonitas, ilitas e micas.

Caulinitas – Existem três tipos de minerais no grupo das caulinitas. Muda a forma como ascamadas, ou planos, se arranjam. Todos tem a mesma formula

5224 OSiAl)OH(

Estrutura em duas camadas sendo uma de tetraédrica(si2O5) e outra de gibsitaNão ocorrem substituições isomórficas

Argilominerais -caulinita

Argilominerais - caulinita

OH2.SiO2.OAl 2232

OH4.SiO2.OAl 2232

Caulin

• o teor de argilomineral não tão elevado

• o argilomineral predominante é a caulinita

• apresenta elevado teor de impurezas ( Ferro, manganes,

material orgânico....

É uma rocha branca, ou ligeiramente colorida, em geral com

mais de 15% de material argilos, fundamentalmente

caulinítico, derivado das alterações minerais petrográficas.

São formados por partículas maiores que a de argilas.

Antes do beneficiamento

• o teor de argilomineral é superior a 80%

Após o beneficiamento

BENEFICIAMENTO

Em geral a matéria prima é lavada em água, podendo ser

dispersa pela ação de agentes químicos. As partículas mais

finas são arrastadas pela água enquanto as mais grosseiras

são sedimentadas.(atualmente são utilizados novos métodos

para a classificação)

Caulinita 46,59 39,50 13,96

Caulin Bruto 70,15 17,76 0,84 0,07 1,21 0,56 0,62 5,40 3,32

Caulin lavado 47,00 36,54 1,30 0,10 0,95 0,56 0,32 0,70 12,22

Fração<2m 46,00 36,50 1,80 0,005 1,71 0,36 0,34 0,14 13,10

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Na2O K2O PF

Caulinita 46,59 39,50 13,96

Caulin Bruto 70,15 17,76 0,84 0,07 1,21 0,56 0,62 5,40 3,32

Caulin lavado 47,00 36,54 1,30 0,10 0,95 0,56 0,32 0,70 12,22

Fração<2m 46,00 36,50 1,80 0,005 1,71 0,36 0,34 0,14 13,10

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Na2O K2O PF

IMPUREZAS

As principais impurezas encontradas no caulim beneficiado

são:

• Quartzo

• Micas (aumentam o teor de K2O, Na2O, Fe2O3, MgO)

• Montmorilonita (aumeta o teor de óxidos alcalinos terrosos

e Fe2O3

• Feldspatos

• Pirita e óxidos de ferro

O uso de caulim

• Confere coloração clara ao produto

• Utilizado na produção de materiais refratários

• Utilizam-se adições entre 5 e 20%em peso

• Podem diminuir o Coeficiente de dilatação

Argilominerais - Três camadas

Os argilominerais compostos portrês camadas incluem pirofilitas,montmorilonitas, ilitas e micas.A pirofilita pode serconsiderada como um modelopadrão do grupo já que nãoapresenta solução sólida sendocomposta por camadas desilicato (Si2O5)– ligadas entre sipor octaédros de alumínio.Apresenta formula(OH)2Al2(Si2O5)2

Argilominerais - Pirofilita

Argilominerais - Montmorilonita

A Montmorilonita é caracterizada por apresentar partículas extremamente finas,elevada capacidade de troca de carga e elevada capacidade de inchamento pelaadsorção de água entre as camadas. Estrutura semelhante a pirofilita.Pertence ao grupo das EsmectitasApresenta substituição de Alumínio por Magnésio e Ferro em posições de coordenação6A substituição é compensada pela introdução de ions Na+ ou Ca++ no intervalo entrecamadasOs minerais do grupo apresentam formula geral (OH)2(Al,Mg,Fe)2 (Si2O5)2

Os outros componentes do grupo diferem pela possibilidade de substituiçõespredominante por por Mg+2 (saponita) ou pela possibilidade de substituição por Fe+3

(nontronita)

Argilominerais - Montmorilonita

Argilominerais -Micas

As micas são apresentadas em diferentes composições,sendo a mica muscovita a que apresenta a formulaKAl2(AlSi3O10)(OH)2

Um em cada quatro silícios um é substituido por alumínio eum ion potássio é adicionado para manter a neutralidade.Se a substituição for de Na+ ao invés de potásio forma-sea mica ParagonitaSe a substituição for de Ca++ resulta na mica margarita.Simultaneamente ocorrem substituições nas posiçõesoctaédricas

Argilominerais - Illita

Tem propriedades semelhantes as de montmorilonita masnão apresenta elevada capacidade de adsoção de água eapresenta estrutura intermediária entre umamontmorilonita e mica.(K,Na)x(Al,Mg,Fe)2(AlxSi4-x)O16 x=0,25 até 0,75.Existe susbstituição de Si por alumínio favorecento aligação entre as camadas e dificulta a adsorção.

Em resumo:-pirofilita não tem substituição-Montmorilonita só substituição octaédrica x<0,25-Mica substituições octaédricas e tetraédricas x> 0,75-Illita 0,25<x,0,75

Argilominerais

Argilominerais - Quatro camadas

Neste grupo o principal componente é aclorita. Uma das camadas é formada porestruturas octaédricas de brucita comsubstituição de Mg++ por Al+++, enquantonas estruturas tetraédricas acontece asubstituição de Si+4 por Al+3

ARGILAS

Argila de queima branca

É uma argila que apresenta baixos teores de óxido de ferro (<

3%) e geralmente apresentam elevado teor de caulinita.

Formado em regiões ricas em feldspatos. Algumas apresentam

elevado teor de illita ou montmorillonita. É frequente a

presença de quartzo e é indesejada a presença de pirita,

marcasita e gesso.

É utilizada para a produção de:

• Peças decorativa

• Cerâmica técnica

• Peças sanitárias

• Azulejos

• Ball clays

• Fire clays

• Flint clays

São identificado três tipos:

Ball Clay

• Argila de elevada plásticidade que apresenta coloração de queima branca

• São constituidas fundamentalmente por caulinita, mica e quartzo

• Em geral, apresentam teores de orgânicos entre 1 e 2%

Fire Clay

• Argilas com baixo teor de óxidos e hidróxidos e ferro magnésio e alcalis, ou que suportam

temperaturas superiores a 1500oC

• São constituidas fundamentalmente por caulinita

• São pouco utilizadas na produção de revestimentos cerâmicos

Flint Clay

• São materiais duros e compactos

• São constituidas por caulinita relativamente ordenada com baixo teor de ferro e fundentes

• São usadas na produção de chamote

Tipos de argilas

O uso de argilas de queima branca

• alta plasticidade

• resistência a verde

• amplo intervalo de queima

• coloração branca

Composição química de argilas de queima branca

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,82 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,03 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,54 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,55 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,0 26,0 1,3 1,3 0,3 0,4 2,4 0,3 7,82 64,0 24,0 1,1 0,3 0,4 0,4 2,4 1,2 7,03 68,0 21,3 0,8 0,1 0,3 0,4 2,3 1,5 5,54 62,1 24,6 1,6 0,2 0,2 <0,1 0,4 1,4 9,55 69,7 18,7 1,8 0,5 0,1 0,1 1,6 0,9 6,3

Argila de queima vermelha

Em geral são argilas illiticas - cauliniticas com teor de ferro superior a 3% em

peso. Podem apresentar impurezas na forma de carbono, gesso, carbonatos e

outros

É utilizada para a produção de:

• Tijolos e telhas (ladrillos y tejas)

• Pisos e azulejos

• Refratárias

• Fundentes

São identificado dois tipos:

Argilas Refratárias Argilas Fundentes

São semelhantes às argilas de

queima branca, mas com teor

de ferro elevado

• Argila com baixo teor de carbonato (< 5%)

• Argila com teor de carbonato médio (5-15%)

• Argila com alto teor de carbonato (> 15%)

O uso de argilas de queima vermelha

• Grande parte dos produtos cerâmicos tradicionais são produzidos

com esta argila;

• Utiliza-se uma mistura de argilas de diferente plasticidade e

diferentes teores de componentes não plásticos;

• O conjunto deve conferir à massa comportamento adequado na

prensagem, resistência mecânica a verde, teor de fase vítrea

adequado, regular a retração de queima

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,2 19,2 7,69 1,79 0,84 0,35 4,95 0,85 4,62 57,5 21,9 7,66 0,62 1,44 0,44 3,55 1,09 6,33 59,4 23,0 5,98 1,24 1,19 0,24 3,41 0,62 5,64 54,7 20,1 6,41 2,41 2,85 0,14 4,65 0,94 7,85 43,7 15,0 4,84 13,2 2,50 0,26 4,48 0,56 15,0

Argila SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P.F.

1 60,2 19,2 7,69 1,79 0,84 0,35 4,95 0,85 4,62 57,5 21,9 7,66 0,62 1,44 0,44 3,55 1,09 6,33 59,4 23,0 5,98 1,24 1,19 0,24 3,41 0,62 5,64 54,7 20,1 6,41 2,41 2,85 0,14 4,65 0,94 7,85 43,7 15,0 4,84 13,2 2,50 0,26 4,48 0,56 15,0

Composição química de argilas de queima vermelha

Composição mineralógica de argilas vermelhas

Argila Caolinita Illita Quarzo Carbonatos Feldspatos Com.Fe/Ti Clorita

1 18 26 42 4 2 72 19 22 39 3 8 73 22 21 35 3 8 7 34 10 24 34 11 8 6 55 10 18 28 31 8 4

Argila Caolinita Illita Quarzo Carbonatos Feldspatos Com.Fe/Ti Clorita

1 18 26 42 4 2 72 19 22 39 3 8 73 22 21 35 3 8 7 34 10 24 34 11 8 6 55 10 18 28 31 8 4

Carbonatos R-CO3-2

• Carbonatos de cálcio (Calcita) e carbonatos calcicos-

magnesianos (Dolominta) são os principais

constituintesde rochas sedimentares.

• Os grupos aniônicos CO2-3 dos carbonatos apresenta

ligações fortes.

• Na presença de ions de hidrogênio, o radical carbonato

torna-se instável e reage formando dióxido de carbono e

água.

• As matérias primas, deste grupo, com maior qualidade

são usadas na produção de vidros.

222

3 COOHCOH2

• Os mais utilizados na industria cerâmica = calcita e dolomita

Calcita

• 56% CaO e 44% CO2 - podendo apresentar

substituições de Mn, Mg e Fe

• 47,8% MgO e 52,2% CO2 - podendo apresentar

substituições de Mn, Mg e Fe

Dolomita

• 30,4% CaO, 21,7% MgO e 47,9% CO2

Calcita

• A adição de carbonatos alcalinos terrosos produz o

branqueamento do produto

• Diminui a expansão por umidade

• Interfere no tipo de fase cristalina gerada durante

a queima

• Aumentam a porosidade, pela redução do volume

de fse líquida

• Em temperaturas elevadas resultam em perda de

forma,para um intervalo de temperatura pequeno

• Ampliam o intervalo de queima