reutilizaÇÃo do rejeito de sienito como matÉria-prima...

REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A

CERÂMICA

(B. C. Barbosa); (B. J. P. M. Benassi); (I. C. Rosa); (I. Guedes); (J. D. Miguel);

(L. S. Oliveira); (M. P. Simonetti); (N. M. Martins); (C. D. Roveri)

Universidade Federal de Alfenas – MG

São José do Rio Pardo/SP 13720000

Rua Major Joaquim Goncalves 71 Vila Pereira

Mariana Petrocelli Simonetti [email protected]

Resumo

O proposito deste trabalho foi analisar a potencialidade do uso do rejeito da

extração de sienito como aditivo a massa padrão para fabricação de revestimentos

cerâmicos, para diminuição dos impactos ambientais. Para isso, coletaram-se

amostras e confeccionou corpos de prova de diferentes composições, envolvendo

rejeito e argila. Preparou-se 5 misturas diferentes; Mistura I (100% pó de rocha);

Mistura II (100% argila); Mistura III (25% pó de rocha e 75% argila); Mistura IV (50%

pó de rocha e 50% argila); e Mistura V (75% pó de rocha e 25% argila), onde 105

corpos foram confeccionados. Foi realizada a queima a 1000, 1080 e 1100 °C, e

determinou-se a porosidade e densidade aparente, absorção de água, medidas de

retração linear, perda de fogo, curvas de gresificação, e análise do aspecto visual.

A adição de rejeito promoveu alta porosidade e baixa retração linear de queima,

que se associa diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade.

Palavras-chave: Reutilização. Rejeito. Sienito. Cerâmica. Testes cerâmicos.

Introdução

A mineração é um dos principais fornecedores de matéria-prima para os

diversos setores existentes, o qual a torna um dos principais setores da economia de

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

2226

mailto:[email protected]

um país. Ela gera impactos ambientais na extração do minério, como também pela

quantidade de gerados, causando impacto visual, em caso de minas a céu aberto, e

podendo provocar danos na fauna e flora local. Nas mineradoras esta geração é

bastante considerável, chegando ao aproveitamento de 2% de todo o volume

extraído, contudo em algumas empresas os rejeitos não são reaproveitados, o que

poderia prover para diminuição dos custos finais, resultando em novas matérias-

primas e produtos.

A região de Caldas, localizada no sul de Minas Gerais, possui grande

potencial minerador, sendo um dos bens minerais aqui encontrados o sienito,

proveniente do afloramento do Maciço Sienítico Pedra Branca.

No processo de extração da rocha há apenas 20% de aproveitamento segundo

representante da empresa responsável pela mina, o que ocorre, principalmente,

devido presença de rachaduras na rocha, o que impossibilita a sua comercialização.

Materiais e Métodos

Foi realizada uma visita à pedreira Café Imperial das companhias do GRUPO

TOGNI, localizada no Estado de Minas Gerais, 500 km a sudoeste de Belo

Horizonte, no Município de Caldas, com monitoramento e supervisão de um

responsável da empresa, no dia 3 de junho de 2014, com intuito de coletar

amostras.

Para cominuição da amostra de Sienito, foram utilizados dois britadores,

ambos de mandíbulas, sendo o segundo de escala menor que o primeiro.

Posteriormente, foi usado um moinho de bolas (por 60 minutos, visando diâmetro

inferior a 0,25 mm), o qual possui revestimento de alumina por dentro e esmaltado

de porcelanato por fora. A carga de corpos moedores utilizada foi de alumina (Al2O3)

de diferentes diâmetros, para não contaminar o material.

Para a distribuição granulométrica do material em análise (o rejeito de

sienito), peneirou-se em 7 malhas, sendo da mais grossa para a mais fina, temos;

ABNT #8, ABNT #10, ABNT #14, ABNT #28, ABNT #35, ABNT #45 e ABNT #60.

Os aparelhos utilizados nessa etapa se encontram nos laboratórios da Universidade

Federal de Alfenas-Campus Poços de Caldas.


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Para realização dos ensaios cerâmicos, utilizaram-se dois materiais base: pó de

sienito e pó da argila da Formação Corumbataí, da região de Rio Claros-SP, que é

uma argila fundente, matéria-prima utilizada pelas empresas do Polo Cerâmico de

Santa Gertrudes. Ambos 100% passantes na ABNT #60.

Foram feitas 5 misturas, constituídas de pó de sienito e argila, em diferentes

proporções (TABELA 1).

Tabela 1 - Constituição das amostras utilizadas nos ensaios cerâmicos.

Mistura Pó de rocha (%) Argila (%)

I 100 0

II 0 100

III 25 75

IV 50 50

V 75 25

Fonte: autor.

As misturas foram umidificadas com 8% em peso de água e homogeneizadas.

Posteriormente permaneceram por 24h em sacos plásticos vedados. Escolheu-se

essas misturas para obtenção de informações preliminares sobre o comportamento

cerâmico dos materiais, visando inúmeras aplicações.

Confeccionou-se 21 corpos de prova de cada mistura, por prensagem hidráulica

(Prensa MARCON) em um molde de aço de seção retangular (7,00 x 2,00 cm2),

utilizando pressão de 357 kgf/cm2. Posteriormente, foram submetidos à secagem em

estufa com circulação e renovação de ar SOLOTEST 102/221 a 60 oC.

Após a confecção aferiu-se a largura, comprimento, espessura dos corpos de prova

(utilizando paquímetro Digital Digimed) e o peso de cada um (utilizando balança

semi-analítica BIOLAB), a fim de se calcular a massa específica a seco a partir da

equação:

(A)

A queima foi realizada em um forno elétrico tipo mufla da marca JUNG, modelo

71201, 7 corpos para cada temperatura em 3 temperaturas distintas; 1000, 1080,

1100 oC.


2228

Após a queima dos corpos realizou-se novas medições, como feito anteriormente, a

fim de obter a massa específica aparente pós queima. Com os corpos sinterizados

foi possível determinar, a perda de fogo e retração linear, dadas pelas equações:

Perda ao fogo (PF) = ; (B)

Retração linear de queima (RLQ) = ;

(C)

A perda ao fogo relaciona a quantidade de massa perdida pelo corpo de

prova durante a queima. Essa massa representa perda de água absorvida e

adsorvida, assim como exalação de gases.

A retração linear de queima é relacionada à redução percentual nas

dimensões do corpo de prova, em virtude das perdas de água e gases. Fez-se

também o ensaio de absorção de água, que é o quanto um corpo de prova absorve

de água, quando exposto a ela, por períodos determinados. A absorção de água é

proporcional à porosidade do corpo de prova. Esta propriedade é obtida a partir do

seguinte cálculo:

. (D)

Através das massas dos corpos, aferidas antes e depois do ensaio, pode-se obter

também a perda de água, partindo do cálculo:

. (E)

Foram feitas curvas de gresificação, que avaliam a sensibilidade das massas

das misturas frente às variações de temperatura e condições de processamento,

como: teor de umidade, pressão de compactação e variações no processo de

secagem e queima. Essas curvas são compostas pela temperatura no eixo das

abscissas, absorção de água e retração linear de queima no eixo das ordenadas.


2229

A Figura 1 demonstra os resultados obtidos através do ensaio de distribuição

granulométrica da amostra após a cominuição.

Figura 1 - Distribuição granulométrica via peneiramento da amostra sienítica após a

cominuição.

Fonte: autor

O diâmetro das partículas foi inferior a 2,5 mm, o qual era o esperado

segundo a norma 13818, com diâmetro médio de 0,035cm.

Os corpos de prova da mistura II foram utilizados como padrão, já que estes

possuíam apenas argila em sua composição (e esta argila já possui comportamento

conhecido).

Os corpos de prova a seco apresentaram dimensões médias iguais para

todas as misturas, sendo as médias de comprimento de 7,04 cm, largura 2,012 cm,

espessura de 0,7 cm e massa de 18,7 g (a confecção dos corpos foi feitas pela

mesma pessoa).

Em relação à cor, as misturas com maior quantidade de pó de rocha

apresentaram coloração acinzentada, enquanto que as constituídas


2230

Resultados e Discussão

predominantemente por argila apresentaram coloração marrom típica da argila.

Figura 2 – Corpos de prova de mesma mistura antes da queima (a seco) e depois da

queima. Na sequencia temos da esquerda para a direita; sendo o primeiro corpo, à

seco; o segundo após a queima de 1000°C; o terceiro após a queima de 1080°C e o

ultimo após a queima de 1100°C. As misturas estão separadas por: (a) MI (b) MII (c)

MIII (d) MIV (e) MV.

Fonte : Autor

Nas misturas com maior quantidade de pó de rocha tem-se uma pior

compactação, em função do crescente teor de não plásticos (sienito) na

composição. Devido a esse fato foi utilizado um ligante orgânico CMS

(carboximetilcelulose) na confecção dos corpos de prova.

Após a queima, corpos das misturas com maior quantidade de pó de rocha

apresentaram menor variação de dimensão, ou seja, menor retração. Quanto à cor,

houve apenas a intensificação.

Foi observada uma variação nas dimensões, sendo a Mistura II (100% argila)

a que sofreu maior variação.

Os resultados obtidos através dos ensaios cerâmicos, para os cinco tipos de

misturas, sinterizados a 1000°C, 1080°C e 1100°C estão expressos nas Figuras 3, 4,

5, 6 e 7.

Figura 3- Densidade Pós-Queima Figura 4- Retração Linear de Queima


2231

Figura 5 – Perda ao fogo (PF) Figura 6 – Absorção de água

Figura 7 – Porosidade Aparente

Fonte: autor.

Obteve-se uma densidade aparente a seco constante para todas as misturas,

de 1,88±0,03 g/cm³. Isso ocorreu devido ao fato de que as dimensões dos corpos a

seco apresentaram médias iguais.

Após a queima, para os corpos com a presença do sienito observou-se que

os valores de densidade diminuíram (comparados às respectivas densidades a

seco), já para as misturas com maior teor de argila, aumentaram, em função de sua

maior plasticidade e apresentaram melhor compactação, ou seja, durante a queima

houve maior diminuição dos poros, assim obteve-se maior massa em menor volume.

Em relação aos corpos com maior quantidade de sienito, pode-se observar

um decréscimo nos valores de densidade, isso por que os testes foram realizados


2232

com baixas temperaturas, assim o sienito não reagiu. Então para que a adição do pó

de rocha trouxesse um incremento na densidade seriam necessárias maiores

temperaturas de queima. A pior compactação do sienito é devido ao crescente teor

de não plásticos.

Considerando as temperaturas de queima utilizadas e as densidades obtidas

após a queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento

da temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da

porosidade na microestrutura.

Quanto à RLQ, observou que em uma mesma temperatura, há incremento

nos valores quando há a adição de sienito à argila plástica. De forma geral, a RLQ

aumenta com o aumento da temperatura, pois na queima as partículas tendem a se

aproximar, diminuindo as dimensões dos corpos de prova.

As misturas com maior porcentagem de argila apresentaram retração maior,

já as com maior porcentagem de sienito em sua composição apresentaram retração

menor, porém a Mistura M1 que é constituída apenas de sienito apresentou um

aumento da retração com o aumento da temperatura de queima. Portanto, espera-se

que com temperaturas mais altas, o sienito traga um aumento da RLQ.

Nas temperaturas testadas, o sienito agiu como estabilizador, isso pode ser

devido a contaminações na rocha com o Ferro. O que não foi possível identificar por

falta de estrutura física.

Ao considerar a PF observou valores semelhantes nas misturas I, IV e V,

sendo estes maiores do que os valores obtidos para as misturas II e III, as quais

possuem menor teor de sienito (não plástico), o que causa uma compactação não

muito boa e maiores poros, assim, com a queima é facilitado à saída de água,

matéria orgânica e fases gasosas dos corpos de prova. Observou-se

comportamento diferente apenas na mistura III, porém as diferenças se devem a

erros instrumentais.

Com o aumento da temperatura de queima, espera-se que a perda ao fogo se

estabilize, pois já terá ocorrido a eliminação de toda água, matéria orgânica e gases.

Considerando as temperaturas de queima e as densidades obtidas após a

queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento da

temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da

porosidade na microestrutura. Ao observar a Figura 6 pôde-se ver que com o

aumento da temperatura de sinterização os corpos apresentaram menor absorção


2233

de água como era esperado, já que quanto maior a temperatura de queima, menor é

a quantidade de poros.

Comparando os resultados obtidos para as diferentes misturas, observou-se

que a presença do sienito leva ao aumento da absorção de água pelo material, pois

promove a aglomeração com porosidade intragrãos maior.

A porosidade aparente apresentou resultados condizentes aos obtidos para a

absorção de água, também por conta dos poros maiores, os corpos de prova com

maior quantidade de sienito apresentaram maior porosidade aparente.

Com o aumento da temperatura de queima, há diminuição dos poros, por isso a

absorção de água e a porosidade aparente diminuem como ocorreu no gráfico.

Figura 8 - Curva de Gresificação dos corpos M1; M2; M3; M4 e M5 Fonte: autor.


2234

A curva de gresificação para os corpos M1 e M2, apresentou resultados

próximos aos esperados, onde as curvas de retração linear da queima são

crescentes e as curvas da absorção de água são decrescentes.

Nos corpos com mistura de argila podemos observar resultados de acordo

com o esperado, nas misturas M3 e M4. Porém os corpos M5, não apresentaram

comportamento de acordo com o esperado, o que pode ter ocorrido devido a erros

experimentais ou pela utilização de baixas temperaturas.

Observou-se que em temperaturas próximas a 1100ºC se consegue, para

todas as misturas, obter absorção de água mais baixa.

Os resultados em geral indicaram que a adição de rejeito de sienito promoveu

uma alta porosidade e baixa retração linear de queima, o que está associado

diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade na formulação.

Conclusão

Existe a possibilidade de aplicação do rejeito de sienito para a fabricação de

um novo produto, no caso à cerâmica.

Pela realização dos ensaios observou-se que a adição do rejeito de sienito

promove modificações físicas na argila padrão. Essa adição, de maneira geral, é

viável à massa cerâmica, uma vez que promove o incremento de propriedades, sem

prejuízos. A adição do rejeito, promove um acréscimo na absorção de água (e

assim, um decréscimo na retração linear de queima) dos corpos de prova (em

especial a composição M5). Porém, esse aumento pode ser positivo, relacionando

essa propriedade ao controle dimensional das peças. Visualmente, as peças

apresentam um aspecto pontuado, que pode ser minimizado pela melhor

homogeneização do sienito à massa, inclusive com modificações em sua

granulometria.

Para a finalização dos ensaios cerâmicos e atendimento às normas é

necessário à caracterização das propriedades mecânicas (podendo tirar a tensão de

ruptura e o modulo de young). Porém este ensaio não foi realizado devido à

necessidade de equipamento específico, o qual a UNIFAL-MG não possui.

Novos estudos podem ser realizados, fazendo a caracterização dos ensaios

mecânicos, o levantamento de custos para a implantação deste tipo de reúso, assim

como o cálculo de quanto rejeito seria utilizado, em quanto tempo.


2235

REUSE OF THE SYENITE REJECT AS RAW MATERIALS FOR CERAMICS

Abstract

The purpose of this study was to analyze the potential of using the waste of

syenite extraction as an additive to standard mass for the manufacture of ceramic

tiles, to reduce environmental impacts. For this, collected samples were concocted

and specimens of different compositions involving tailings and clay. It was prepared

in 5 different mixtures; Mixture I (100% Rock powder); Mixture II (100% clay); Mixture

III (25% Rock powder and 75% clay); Mixture IV (50% Rock powder and 50% clay);

Mix and V (75% powder of rock and 25% clay), where 105 proof bodies were made.

Firing was conducted at 1000, 1080 and 1100 ° C, and determined the porosity and

bulk density, water absorption, linear contraction measures loss of fire, vitrification

curves and analysis of the visual appearance. The addition of waste promoted high

porosity and low linear firing shrinkage, which is directly associated with the increase

of low moldability material content.

Keywords: Reusability. Reject. Syenite. Ceramics. ceramic tests

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