UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM COLAGEM DE … · 2017-08-02 · UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM COLAGEM DE BARBOTINAS, UTILIZANDO SILICATO

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM

COLAGEM DE BARBOTINAS, UTILIZANDO SILICATO DE SÓDIO E

POLIACRILATO DE AMÔNIO COMO DISPERSANTES

(USE OF SLATE’S RESIDUES IN SLIP CASTING, WITH SODIUM

SILICATE AND AMMONIUM POLYACRYLATE AS DISPERSANTS)

L.B.Palhares1; D.F.Galvão1, R.A.S.Filho1, M.A.D.Rodrigues1

1Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET). Departamento de

Engenharia de Materiais. Avenida Amazonas, 5352, Nova Suíça, Belo Horizonte, MG. CEP:

30.421-169

[email protected]

Resumo

Resíduos provenientes da extração e beneficiamento de ardósia foram utilizados, na forma de

pó, para a produção de peças cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas. O pó de

ardósia foi tratado e suspensões cerâmicas foram produzidas com concentração de sólidos de

55% em massa. Para dispersão dos pós foram utilizados o silicato de sódio e o poli(acrilato)

de amônio (NH4PA) nas porcentagens de 0,05% em massa. As peças obtidas foram

caracterizadas de acordo com a Norma ASTM C373-88/2006 e microscopia eletrônica de

varredura analisadas pelo software ImageJ para obtenção dos valores de porosidade.

Verificou-se que a produção de peças cerâmicas de qualidade com resíduos da extração de

ardósia é possível com os dois dispersantes, sendo as com poliacrilato de amônio com menor

porosidade e absorção de água, além de possuírem menor taxa de colagem.

Palavras chave: Ardósia, Colagem de Barbotinas, Cerâmica, Silicato de Sódio, Poliacrilato

de Amônio

Abstract

Residues coming from slate’s extraction and processing was used at this work as a powder,

for ceramic bodies’s production, by slip casting process. The slate’s powder was treated and

61º Congresso Brasileiro de Cerâmica04 a 07 de junho de 2017, Gramado, RS

2474

ceramic slurries were produced with solids concentration by 55% m/m. For dispersion, were

used sodium silicate and ammonium polyacrylate (NH4PA) by 0,05% m/m. The resultant’s

bodies were characterized in porosity and water absorption by ASTM C373-88/2006 and

ImageJ analysis. It was verified the possibility to produce good quality ceramic bodies’ with

powder from slate’s extraction for both dispersants, though ammonium polyacrylate achieved

bodies with less porosity and water absorption.

Keywords: Slate, Slip Casting, Ceramics, Sodium Silicate, Ammonyum Polyacrylate

INTRODUÇÃO

A ardósia, além do mármore e do granito, é uma rocha utilizada como adorno na

construção civil como material de revestimento e decoração, devido suas propriedades físicas

e aspecto visual. Segundo [1], trata-se de uma rocha com baixo grau de metamorfismo, dura,

inerte com tonalidade variada do cinza escuro ao preto, com mineralogia baseada em quartzo,

micas, cloritas, óxido de titânio e outros, materiais que se aproximam da composição das

argilas, o que possibilita seu uso como materiais cerâmicos. Uma propriedade notável da

ardósia é sua clivagem em lâminas delgadas, resultante de sua recristalização sob pressão.

A extração de ardósia é feita à céu aberto, através do corte de blocos de rocha que são

separados facilmente em chapas, devido sua clivagem. Essas chapas são posteriormente

passadas pela etapa de beneficiamento, responsável pelo polimento e corte nas dimensões

requeridas pelos clientes. De acordo com [2], em 2013 o Brasil foi o segundo maior produtor

e consumidor mundial de ardósia, sendo Minas Gerais responsável por cerca de 95% da

extração.Por ano, são gerados cerca de 240000 toneladas de pó de resíduo com granulometria

fina, provenientes tanto da etapa de extração quanto de beneficiamento da rocha.

A composição química, mineralógica e a geração de resíduos na extração de ardósia

tornam sua utilização em cerâmica tradicional viável e sustentável, onde o processamento por

colagem de barbotinas pode ser destacado, devido seu baixo custo em relação aos outros

tradicionais para esses materiais, como prensagem e extrusão, e ao fato de poderem ser

produzidas peças de diferentes geometrias e de qualidade.

O processamento cerâmico por colagem de barbotinas corresponde ao vazamento de uma

suspensão cerâmica (barbotina, mistura de pó cerâmico, solvente e aditivos) em um molde de

gesso (sulfato de cálcio hidratado, CaSO4.2H2O), que absorve parte da água por capilaridade,


2475

dando origem ao corpo cerâmico verde. A figura 1 ilustra o processo de colagem de

barbotinas.

Figura 1. Processamento por colagem de barbotinas [3].

Os aditivos utilizados em suspensões cerâmicas aplicadas em colagem de barbotinas são,

principalmente, dispersantes (ou defloculantes) e ligantes. Este é responsável pelo incrimento

da resistência à verde dos corpos cerâmicos, e os dispersantes evitam a formação de

aglomerados entre as partículas de pó cerâmico, evitando a formação de poros grandes e

garantindo assim, a qualidade do material produzido. Essa inviabilização da formação de

aglomerados é feita através da modificação da carga das partículas (criando uma barreira

eletrostática) ou por impedimento físico (criando uma barreira física).

De acordo com [4], o Silicato de Sódio corresponde à soluções comerciais baseadas em

diferentes proporções de SiO2 e Na2O, sendo muito utilizado na indústria mineral como

dispersante/depressor, principalmente devido seu baixo custo. Os mecanismos de atuação

desse composto na superfície de partículas são desconhecidos. Em água, pode sofrer reações

como hidrólise e oligomerização, que ajudam a entender os resultados obtidos de sua

aplicação nessa função.

O Poliacrilato de Amônio trata-se de um polieletrólito, sendo uma molécula polimérica

com sítios ionizáveis em cada mero de sua cadeia. Esses sítios, quando ionizados, são

responsáveis por conferir ou modificar a carga das partículas, criando a barreira eletrostática.


2476

Além disso, por se tratar de uma macromolécula, também atua criando uma barreira física,

evitando que as partículas se aglomerem por Forças de Van der Waals e Movimento

Browniano.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade de produção de peças

cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas, através de suspensões feitas com resíduo em

pó da extração de ardósia. Além disso, visa-se descobrir qual dos dispersantes (Silicato de

Sódio e Poliacrilato de Amônio) propicia o maior êxito nessas condições.

Tratamento e caracterização do pó de ardósia

O pó de ardósia foi peneirado a úmido em peneira de 400# e secado em estufa(marca) a

110ºC por 24h. A curva de distribuição granulométrica do pó foi obtida em um granulômetro

a laser, marca CILAS, modelo 1090. A cristalografia foi determinada em um difratômetro de

raios X SHIMADZU XDR-7000, para detecção dos minerais presentes.

Preparação dos moldes de gesso, das suspensões cerâmicas e das peças

Foram produzidos moldes de gesso na consistência 70 com formato cilíndrico para

vazamento da barbotina e conformação das peças. Foram produzidas duas suspensões com

porcentagem de sólidos de 55% p/p com os dispersantes silicato de sódio comercial e

poliacrilato de amônio (Dispex A40) nas proporções de 0,05% em massa.

Caracterização das peças

As peças foram caracterizadas por testes de porosidade por imersão e absorção de água,

segundo a norma ASTM C373-88/2006 e análise por imagens feitas em um Microscópio

Eletrônico de Varredura, da marca SHIMADZU e modelo SSX-550, com auxílio do software

ImageJ. Além disso, foi medida a taxa de colagem das peças para as duas suspensões em

mm/s.


2477

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Caracterização do pó de ardósia

Como pode ser observado na Figura (2), as partículas possuem diâmetros entre

aproximadamente 0,2µm e 100,0µm, com predominância maior de partículas entre 0,6µm e

60µm e como dito anteriormente, esse pó passou por peneira 400# por exigência do

processamento. Porém, sabe-se que partículas em suspensão em água tendem a se aglomerar,

podendo formar-se aglomerados com maiores dimensões.

O difratograma de raios-X do pó de ardósia está representado na Figura (3). Observa-se a

presença de minerais como Quartzo e argilominerais como Clinocloro (grupo das Cloritas),

Muscovita (grupo das Micas), Albita e Ortoclásio (grupo dos Feldspatos) - o que era esperado

para essa rocha segundo autores mencionados aqui anteriormente - sendo os três primeiros em

maior proporção.

Cada mineral confere uma propriedade importante para a rocha. A muscovita, por

exemplo, é responsável pela principal propriedade da ardósia: a clivagem basal perfeita. Esse

fenômeno ocorre devido a existência de ligações mais fracas numa direção cristalográfica,

onde a fratura ocorrerá preferencialmente. Além disso, por pertencer ao grupo das micas, esse

mineral possui dureza baixa segundo a escala Mohs: entre 2 e 2,5. Já o quartzo confere maior

estabilidade dimensional a peças cerâmicas, além de elevar a temperatura de fusão.

Figura 2. Curva de distribuição granulométrica do pó de ardósia


2478

Figura 3. Difratograma de raios-X do pó de ardósia

Caracterização das peças cerâmicas

Os valores de porosidade e absorção de água obtidos através do método por imersão para

as peças com poli (acrilato) de amônio (PAA) e silicato de sódio (SS) como dispersantes

encontram-se na tabela I. As amostras com PAA apresentaram menor porosidade e absorção

de água em relação às com SS, além de serem obtidos resultados mais precisos.

Tabelas I. Resultados de porosidade por imersão e absorção de água, peças com

poliacrilato de amônio e silicato de sódio.

Porosidade (%) Absorção de água (%)

Poli (acrilato) de amônio 2,9 ± 0,5 1,2 ± 0,4

Silicato de sódio 3,3 ± 0,4 1,3 ± 0,6

As Figuras (4) a (7) apresentam as imagens das peças a verde de PAA e SS em diferentes

regiões.


2479

Figura 4. Peça a verde de PAA em duas regiões (A) cima/centro (B) cima/borda

Figura 5. Peça a verde de PAA em duas regiões (C) baixo/centro (D) baixo/borda

Figura 6. Peça a verde de SS em duas regiões (E) cima/centro (F) cima/borda

(A) (B)

(D) (C)

(E) (F)


2480

Figura 7. Peça a verde de SS em duas regiões (G) baixo/centro (H) baixo/borda

As figuras 8 a 11 apresentam as imagens das peças de PAA e SS após tratamento térmico

em diferentes regiões.

Figura 8. Peça sinterizada de PAA em duas regiões (A) cima/centro (B) cima/borda

Figura 9. Peça sinterizada de PAA em duas regiões (C) baixo/centro (D) baixo /borda

(G) (H)

(A) (B)

(C) (D)


2481

Figura 10. Peça sinterizada de SS em duas regiões (E) cima/centro (F) cima/borda

Figura 11. Peça sinterizada de SS em duas regiões (G) cima/centro (H) cima/borda

Figura 12. Esquema representando a localização das fotos obtidas no MEV

(E) (F)

(G) (H)


2482

As imagens obtidas foram analisadas via software ImageJ para cálculo dos valores de

porosidade. Os valores obtidos para as peças a verde e após sinterização encontram-se nas

tabelas II e III.

Tabelas II. Resultados de porosidade por por análise de imagens para as peças a verde com

poliacrilato de amônio e silicato de sódio.

Porosidade (%)

cima/centro

Porosidade (%)

cima/borda

Porosidade (%)

baixo/centro

Porosidade (%)

baixo/borda

PAA 7,8 9,1 8,4 8,5

SS 8,6 7,9 9,8 7,7

Tabelas III. Resultados de porosidade por por análise de imagens para as após tratamento

térmico com poliacrilato de amônio e silicato de sódio.

Porosidade (%)

cima/centro

Porosidade (%)

cima/borda

Porosidade (%)

baixo/centro

Porosidade (%)

baixo/borda

PAA 2,4 3,1 3,8 3,2

SS 3,6 3,2 5,1 5,1

Comparando as figuras 4 (A) e (B) e figura 6 (E) e (F) observa-se próximo ao molde a

presença de partículas menores e maior empacotamento devido a maior sucção pelos capilares

do molde de gesso. As partículas menores possuem menor massa e, portanto, menor inercia e

movimentam-se mais facilmente. Próximo à suspensão verifica-se a presença de partículas

maiores e um empacotamento mais heterogêneo. Na foto próxima ao molde nota-se a

presença de lamelas características da ardósia.

Quando são comparadas as figuras 5 (C) e (D) e figuras 6 (G) e (H), próximo ao molde

nota-se novamente a presença de partículas menores e o aumento de tamanho a medida que


2483

afasta-se do mesmo em direção à suspensão (centro da peça). Em ambos os casos observa-se a

presença de partículas maiores que na parte superior da peça devido ao efeito da gravidade.

Devido a melhor compactação das partículas na região próxima ao molde os valores de

porosidade são menores tanto no topo (7,8%) quanto no fundo (8,4%) da peça quando

comparados com as porosidades no centro no topo (9,1%) e no fundo (8,5%). Essa diferença

pode ser explicada pela dificuldade de compactação à medida que afasta-se do molde em

função da diminuição das forças de sucção devido a presença da parede da peça já formada.

No fundo, a presença de partículas de maior tamanho depositadas mais rapidamente devido à

força da gravidade e a presença de partículas de formato lamelar e irregular da ardósia

dificultam o empacotamento aumentando a porosidade.

Em todas as peças sinterizadas foi verificada a formação de fase líquida, capaz de

preencher parcialmente os poros e diminuir a porosidade em relação às peças à verde. Esse

fato é possível devido à presença no pó de ardósia de argilominerais pertencentes à classe dos

Feldspatos, como albita e ortoclásio, que possuem baixo ponto de fusão.

As peças sinterizadas com PAA como dispersante apresentaram porosidade e absorção

de água menores em relação às com SS, o que condiz com os ensaios de porosidade por

imersão, segundo a norma ASTM C373-88/2006.

Os valores obtidos para a taxa de colagem das peças produzidas para o PAA e SS

foram respectivamente, 0,044mm/s e 0,067mm/s. Observa-se uma maior velocidade de

formação de parede das peças fabricadas com o dispersante silicato de sódio. Os maiores

valores podem ser atribuidos à existência de aglomerados na suspensão com esse dispersante,

que levou a um menor empacotamento na peça aumentando a sua porosidade.

CONCLUSÕES

A caracterização do pó de ardósia apresenta similaridade mineralógica com argilas,

principais matérias-primas para cerâmicas tradicionais, o que demonstra o potencial desse

material para produção de materiais cerâmicos. Entre esses minerais podemos citar o quartzo,

muscovita, clinocloro, albita e ortoclásio, sendo os três primeiros presentes em maiores

proporções na rocha.

Através das análises de porosidade por imersão, segundo a norma ASTM C373-

88/2006, e de imagens (via software ImageJ), verificou-se uma porosidade média menor das


2484

amostras com PAA do que para as amostras com SS sugerindo melhor dispersão da suspensão

e melhor empacotamento das partículas na superfície do molde de gesso.

Verificou-se a formação de fase líquida nas peças sinterizadas devido a presença de

feldspatos na ardósia que possuem menor temperatura de fusão em relação aos outros

minerais permitindo a diminuição da porosidade das peças.

As peças produzidas com Silicato de Sódio apresentaram uma taxa de colagem maior em

relação às com PAA.

O trabalho mostrou que a produção de peças cerâmicas pela técnica de colagem de

barbotinas, com pó de rejeito de ardósia e os dispersantes silicato de sódio e poli (acrilato) de

amônio é viável, tanto pela importância socioambiental destacada neste artigo, quanto a

geração de empregos nas regiões onde a ardósia é extraída.

AGRADECIMENTOS

Empresa Micapel Slate pelo fornecimento do pó de ardósia proveniente das minas de

Pompéu-MG. Ao Laboratório de Caracterização de Materiais do Departamento de Engenharia

de Materiais do CEFET-MG pelas análises feitas para este trabalho.

REFERÊNCIAS

[1] Mansur, H.S. and Souza, L.P., 2000 “Caracterização de pó de ardósia proveniente de

rejeitos quanto a cristalinidade e comportamento térmico”, Universidade Federal de Minas

Gerais, Belo Horizonte, Brazil.

[2] Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais, 2014 “Exportações e

importações brasileiras de rochas”, Website, Disponível em

<http://www.abirochas.com.br/estatisticas.php>, Brasília, Brazil.

[3] Richerdson, D.W., 1992, “Modern Ceramic Engineering”, 2a Ed, Salt Lake City.


2485

[4] Lopes, G.M., Peres, A.E.C., Pereira, C.A. and Antônio, L.M., 2011 “O emprego do

silicato de sódio como dispersante/depressor na indústria mineral”, XXIV ENTMME,

Salvador, Brazil.

[5] Moreira, B.H.M., Palhares, L. B. and Perini, P.C.D., 2012, “Reaproveitamento de resíduos

de ardósia na fabricação de peças cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas”, Blog

Newton Paiva, Belo Horizonte, Brazil.


2486

Documents

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM COLAGEM DE … · 2017-08-02 · UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM COLAGEM DE BARBOTINAS, UTILIZANDO SILICATO