estudo do aproveitamento de resÍduos pae no ... · prof. dr.ª. djane santiago de jesus externo à...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIADE MATERIAIS
ALDO NONATO BORGES
ESTUDO DO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS PAE NO DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS CERÂMICOS
Natal – RN 2014
ALDO NONATO BORGES
ESTUDO DO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS PAE NO DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS CERÂMICOS
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para a obtenção do título de Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas Co-orientador: Prof. Dr. Rubens Maribondo do Nascimento
Natal – RN 2014
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / SISBI / Biblioteca Setorial Especializada Centro de Ciências Exatas e da Terra – CCET.
Borges, Aldo Nonato. Estudo do aproveitamento de resíduos PAE no desenvolvimento de materiais cerâmicos / Aldo Nonato Borges. - Natal, 2014. 100 f. : il.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas.
Coorientador: Prof. Dr. Rubens Maribondo do Nascimento. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.
1. Argila – Tese. 2. Formulação cerâmica – Tese. 3. Resíduos – Tese. I. Paskocimas, Carlos Alberto. II. Nascimento, Rubens Maribondo do. III. Título.
RN/UF/BSE-CCET CDU: 666.32
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA DE MATERIAIS
ESTUDO DO APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS PAE NO DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS CERÂMICOS
ALDO NONATO BORGES
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________
Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas Presidente
_______________________________________________ Prof. Dr. Rubens Maribondo do Nascimento
Interno
_______________________________________________ Prof. Dr. George Santos Marinho
Interno
_______________________________________________ Prof. Dr.ª. Djane Santiago de Jesus
Externo à Instituição
_______________________________________________ Prof. Dr. Marcio Luiz Varela Nogueira de Moraes
Externo à Instituição
Aos meus pais Edwiges e Acidália (in memoriam),
a minha esposa Nivaldina e aos meus filhos:
Paterson, Patrese, Sara e Aldo Jr.
Este trabalho é uma resposta ao estímulo que
todos me dão ao longo de cada
etapa da minha vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me conceber saúde, paciência e tranquilidade para conseguir concluir
mais uma etapa da minha vida.
Ao meu orientador Professor Dr. Carlos Alberto Paskocimas pelo conhecimento
teórico e prático.
Ao Professor Dr. Rubens Maribondo do Nascimento, coordenador do Programa
DINTER/UFRN pelo ensinamento e sugestões para a realização deste trabalho.
Ao Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia da Bahia por ter
possibilitado, através do convênio, a realização deste feito com anuência, essencial,
do afastamento para dedicação as atividades de pesquisa.
À CAPES pelo apoio financeiro durante a realização deste trabalho.
À Universidade Federal do Rio Grande do Norte, pela oportunidade proporcionada
de fazer o curso de qualificação em nível de doutorado na área de Engenharia de
Materiais.
À ARMIL pelo fornecimento das matérias-primas para a realização deste trabalho.
Aos colegas professores do IFBA: Sílvia Becher, Jorge Fernando, Mirtânia Leão,
Lurdes Ribeiro, Élvio Guimarães e Osvaldo Cruz, pelo companheirismo durante a
estadia na UFRN.
Aos amigos professores César Rogério, Cristina Abreu, Juarez Caetano e Antônio
Sobral, que dedicaram seu tempo a me incentivar no término deste trabalho.
Aos técnicos de laboratório e bolsistas da UFRN pela realização dos ensaios,
principalmente Hudson, Samara, Igor, Paulo Brito e Ismael Torquato, secretário do
PPGCEM.
Aos colegas da UFRN: Jean Andrade e José Calado pela hospitalidade e dedicação
nos trabalhos de laboratório.
A busca por melhores condições vida, crescimento, pensamento e ação,
faz do homem, um ser cada dia mais insaciável.
Acreditando nisso, sigo em direção à luz que vejo no fim do túnel,
e a cada dia com mais convicção de que irei alcançá-la.
Aldo Nonato Borges
RESUMO
Neste trabalho é apresentado um novo material cerâmico obtido por meio da
incorporação de resíduos sólidos, provenientes do setor siderúrgico e conhecido
como pó de despoeiramento – resíduo PAE – em formulações cerâmicas à base de
argila, feldspatos sódicos e potássicos, caulim e talco. Formulações cerâmicas foram
preparadas com teores de resíduos de 0% (massa básica – MB), 2%, 4% e 8%,
submetidas à queima nas temperaturas de 1000ºC, 1050ºC, 1100ºC e 1150ºC,
durante os períodos de 15 min. e 120 min. As propriedades físico-químicas e
mecânicas dessas formulações cerâmicas foram determinadas em função da
temperatura de queima, tempo de permanência em forno e do percentual de
resíduos. Já as propriedades físico-químicas e mecânicas dos materiais sinterizados
foram avaliadas através de técnicas de análise química (Fluorescência de Raios-X –
FRX), distribuição granulométrica, superfície específica, massa específica aparente,
análise estrutural por difração de raios-X (DRX) e caracterização de superfície por
microscopia eletrônica de varredura (MEV). A resposta magnética, as
características e o padrão magnético das ferritas foram analisados nas condições de
ensaio das amostras, constatando-se que a susceptibilidade magnética de saturação
independe da temperatura de sinterização do material, estando relacionada à sua
estrutura cristalina. A partir da análise dos resultados, concluiu-se que o material
cerâmico com melhores propriedades físicas e mecânicas é obtido quando é
adicionado 8% do resíduo PAE à formulação padrão, sob o tempo de queima de 15
minutos e temperatura de 1150ºC.
Palavras-chave: Argila. Formulação Cerâmica. Resíduos.
ABSTRACT
This work presents a new ceramic material obtained through the incorporation
of solid waste from the steel industry and known as dedusting powder PAE - in
ceramic formulations based on clay, potassium and sodium feldspars, kaolin and
talc. Formulations were prepared with ceramic residue levels of 0% (basic mass -
MB), 2%, 4% and 8%, subjected to firing at temperatures of 1000 ° C, 1050ºC,
1100ºC and 1150ºC for periods of 15 min. and 120 min. The physicchemical and
mechanical properties of these ceramic formulations were determined based on the
firing temperature, residence time in the oven and the percentage of waste. Since the
physicochemical and mechanical properties of the sintered materials were evaluated
by chemical analysis techniques (fluorescence X-rays - FRX), particle size
distribution, specific surface area, apparent density, structural analysis by diffraction
of X-rays (DRX) and characterization of surface by scanning electron microscopy
(SEM). The magnetic response characteristics and the pattern of magnetic ferrites of
the samples were analyzed in the assay conditions, having noticed that the
saturation magnetic susceptibility depend on the sintering temperature of the material
and it is associated with its crystal structure. From the analysis results, it was
concluded that the ceramic material with better physical and mechanical properties is
obtained when the 8% from PAE residue is added to standard formulation under the
burn time of 15 minutes and temperature of 1150ºC.
Keywords: Clay. Ceramic formulation. Waste.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Destinação dos resíduos no ano de 2012. ........................................... 23
Figura 2.2 – Destinação e aplicação dos agregados siderúrgicos no ano de 2012. . 24
Figura 2.3 – Fluxograma de produção de aço. ......................................................... 25
Figura 2.4 – Teores de escória, metal, volatização e arraste de material no PAE ... 26
Figura 2.5 – Representação esquemática de formação do PAE em fornos elétricos
............................................................................................................. 26
Figura 2.6 –Sistema de despoeiramento da siderúrgica Gerdau - Divinópolis ......... 28
Figura 2.7 – Esquema geral do processamento cerâmico ....................................... 32
Figura 2.8 – Carregamento e nivelamento da matriz. ............................................... 34
Figura 2.9 – Deformação e empacotamento dos grânulos. ...................................... 35
Figura 2.10 – Variação da retração de secagem em função da água de
conformação. ....................................................................................... 37
Figura 3.1 – (a) Prensa utilizada; (b) Corpo de Prova obtido. .................................. 45
Figura 3.2 – Corpo de Prova no formato de uma barquinha. ................................... 46
Figura 3.3 – Moinho em funcionamento. .................................................................. 47
Figura 3.4 – MB antes e após estufa. ....................................................................... 47
Figura 3.5 – Sinterização da MB – Forno Tubular. ................................................... 48
Figura 3.6 – Formulação com 8% de resíduo ........................................................... 49
Figura 3.7 – Corpos de Prova ................................................................................... 50
Figura 4.1 – Representação das composições em um diagrama ternário simplificado
............................................................................................................. 52
Figura 4.2 – DRX da MB à 1000ºC por 15 min. ........................................................ 53
Figura 4.3 – DRX da MB à 1000ºC por 120 min. ...................................................... 53
Figura 4.4 – DRX do R8%à 1150ºC por 15 min. ...................................................... 54
Figura 4.5 – DRX do R8%à 1150ºC por 120 min. .................................................... 54
Figura 4.6 – PAp em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
............................................................................................................. 55
Figura 4.7 – PAp em função da temperatura com 120 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 56
Figura 4.8 – MEA em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
............................................................................................................. 57
Figura 4.9 – MEA em função da temperatura com 120 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 57
Figura 4.10 – TRF em função da temperatura com 15 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 59
Figura 4.11 – TRF em função da temperatura com 120 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 59
Figura 4.12 – AA em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
............................................................................................................. 60
Figura 4.13 – AA em função da temperatura com 120 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 61
Figura 4.14 – RLQ em função da temperatura com 15 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 62
Figura 4.15 – RLQ em função da temperatura com 120 min. de permanência em
forno. .................................................................................................... 62
Figura 4.16 – Micrografias da MB à 1000ºC com tempos de queima de 15 min e 120
min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000........................ 63
Figura 4.17 – Micrografias da MB à 1150ºC com tempos de queima de 15 min e 120
min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000........................ 64
Figura 4.18 – Micrografias da R8% à 1000ºC com tempos de queima de 15 min e
120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000. ................ 65
Figura 4.19 – Micrografias da R8% à 1150ºC com tempos de queima de 15 min e
120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000. ................ 66
Figura 4.20 – Micrografia com EDS da MB com 15min de queima a 1000ºC .......... 67
Figura 4.21 – Micrografia com EDS da MB com 120min de queima a 1000ºC ........ 68
Figura 4.22 – Micrografia com EDS da MB com 15min de queima a 1150ºC .......... 69
Figura 4.23 – Micrografia com EDS da MB com 120min de queima a 1150ºC ........ 69
Figura 4.24 – Micrografia com EDS da R8% com 15min de queima a 1000ºC ........ 70
Figura 4.25 – Micrografia com EDS da R8% com 120min de queima a 1000ºC ...... 71
Figura 4.26 – Micrografia com EDS da R8% com 15min de queima a 1150ºC ........ 72
Figura 4.27 – Micrografia com EDS da R8% com 120min de queima a 1150ºC ...... 73
Figura 4.28 – Curva de resposta magnética da amostra marrom claro .................... 76
Figura 4.29 – Curva de resposta magnética da amostra marrom escuro ................. 77
Figura 4.30 – Curva de resposta magnética da amostra preta ................................. 78
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Relação dos principais resíduos siderúrgicos. ..................................... 23
Tabela 2.2 – Temperaturas típicas de queima .......................................................... 39
Tabela 3.1 – Percentual de materiais para a massa base. ....................................... 46
Tabela 4.1 – Análise química das matérias-primas. ................................................. 51
Tabela 4.2 – MB com 15min de queima a 1000ºC .................................................... 68
Tabela 4.3 – MB com 120min de queima a 1000ºC .................................................. 68
Tabela 4.4 – MB com 15min de queima a 1150ºC .................................................... 69
Tabela 4.5 – MB com 120min de queima a 1150ºC .................................................. 70
Tabela 4.6 – R8% com 15min de queima a 1000ºC ................................................. 71
Tabela 4.7 – R8% com 120min de queima a 1000ºC ............................................... 71
Tabela 4.8 – R8% com 15min de queima a 1150ºC ................................................. 72
Tabela 4.9 – R8% com 120min de queima a 1150ºC ............................................... 73
Tabela 4.10 – Valores de temperatura, magnetização, campo magnético e
susceptibilidade magnética das amostras. ........................................... 79
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AA Absorção de Água (%)
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
CP(„s) Corpos de Prova
DRX Difração de Raios-X
DTA Análise Térmica Diferencial
EDS Espectroscopia de raios-x por Energia Dispersiva
FEA Forno Elétrico a Arco
FRX Fluorescência de Raios-X
ip Índice de piroplasticidade
IP Índice de Plasticidade
MEA Massa Específica Aparente (g/cm3)
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
MB Massa Base
MRF Módulo de Ruptura à Flexão em três pontos
NBR Norma Brasileira
PA Porosidade Aparente (%)
PAE Pó de Aciaria Elétrica
RLq Retração Linear de queima (%)
R2% Resíduo com 2% aplicado na mistura
R4% Resíduo com 4% aplicado na mistura
R8% Resíduo com 8% aplicado na mistura
TRF Tensão de Ruptura à Flexão (MPA/cm2)
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................ 15
1.1 – Hipótese ............................................................................................. 16
1.2 – Objetivo Geral .................................................................................... 17
1.3 – Objetivos Específicos ......................................................................... 17
CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................. 18
2.1 – Matérias-primas .................................................................................. 18
2.1.1 – Argila Plástica .............................................................................. 18
2.1.2 – Caulim ......................................................................................... 19
2.1.3 – Feldspato ..................................................................................... 20
2.1.4 – Talco ............................................................................................ 21
2.1.5 – Resíduos Siderúrgicos ................................................................. 22
2.1.5.1 – Resíduos ......................................................................... 22
2.1.5.2 – Aciaria Elétrica ................................................................ 24
2.1.5.3 – Formação do Pó de Aciaria ............................................. 25
2.1.5.4 – Meio Ambiente ................................................................ 27
2.1.5.5 – Aplicações ....................................................................... 29
2.2 – Processamento Cerâmico .................................................................. 30
2.2.1 – Preparação da Massa .................................................................. 30
2.2.2 – Prensagem .................................................................................. 33
2.2.3 – Secagem...................................................................................... 36
2.2.4 – Queima ........................................................................................ 38
CAPÍTULO 3 MATERIAL E PROCEDIMENTOS .......................................... 40
3.1 – Matérias-primas .................................................................................. 40
3.2 – Caracterização das Matérias-primas .................................................. 41
3.2.1 – Análise Química por Fluorescência de Raios-X (FRX) ...... 41
3.2.2 – Análise por Difração de Raios-X (DRX) ............................. 42
3.2.3 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ...................... 42
3.2.4 – Espectroscopia de Raios-X por Energia Dispersiva (EDS) 42
3.2.5 – Ensaios Tecnológicos ........................................................ 42
3.2.5.1 – Porosidade Aparente (PAp) ............................................... 43
3.2.5.2 – Massa Específica Aparente (MEA) .................................... 43
3.2.5.3 – Tensão de Ruptura a Flexão (TRF) ................................... 43
3.2.5.4 – Absorção de Água (AA) ..................................................... 44
3.2.5.5 – Retração Linear de Queima (RLQ) .................................... 44
3.3 – Preparação dos Corpos de Prova ...................................................... 45
3.3.1 – Seleção e Mistura dos Componentes .......................................... 46
3.3.2 – Adição de Resíduos à MB ........................................................... 48
3.3.3 – Conformação dos Corpos de Prova ............................................. 49
CAPÍTULO 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................. 51
4.1 – Caracterização das Matérias-primas .................................................. 51
4.1.1 – Análise por Fluorescência de Raios-X (FRX) .............................. 51
4.1.2 – Análise por Difração de Raios-X (DRX) ....................................... 52
4.1.3 – Ensaios Tecnológicos .................................................................. 55
4.1.3.1 – Porosidade Aparente (PAp) ............................................ 55
4.1.3.2 – Massa Específica Aparente (MEA) ................................. 56
4.1.3.3 – Tensão de Ruptura a Flexão (TRF) ................................ 58
4.1.3.4 – Absorção de Água (AA) .................................................. 60
4.1.3.5 – Retração Linear de Queima (RLQ) ................................. 61
4.1.4 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ................................ 63
4.1.5 – Espectroscopia de Raios-X por Energia Dispersiva (EDS) .......... 67
4.1.5.1 – EDS da MB com 15min e 120min de queima a 1000ºC e
1150ºC .............................................................................. 67
4.1.5.2 – EDS do R8% com 15min e 120min de queima a 1000ºC e
1150ºC .............................................................................. 70
4.2 – Análise das Propriedades Magnéticas das Amostras ........................ 73
4.2.1 – Ensaios Magnéticos ..................................................................... 74
4.2.2 – Análise dos Resultados ............................................................... 75
4.2.3 – Conclusões .................................................................................. 79
CAPÍTULO 5 CONCLUSÕES ....................................................................... 81
CAPÍTULO 6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ..................... 82
REFERÊNCIAS .............................................................................................. 83
15
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
A sociedade atual é totalmente dependente do aço. Sua produção,
distribuição e utilização são indicadores determinantes do nível de desenvolvimento
econômico de uma nação, visto que seu consumo cresce na mesma proporção que
a construção civil, a execução de obras públicas, a produção de equipamentos, o
desenvolvimento de novas tecnologias e a instalação de meios de comunicação.
De acordo com dados recentes do Instituto Aço Brasil (2014), em julho de
2014 a produção bruta de aço no país foi de 2,9 milhões de toneladas, além de 2
milhões de toneladas de laminados, totalizando uma produção acumulada de 19,7
milhões de toneladas de aço bruto e de 14,5 milhões de toneladas de laminados
somente no primeiro semestre de 2014. Até julho/2014 foram vendidos 12,5 milhões
de toneladas para o público externo, num total de 3,6 bilhões de dólares
movimentados, enquanto que, internamente, o Brasil consumiu 14,8 milhões de
toneladas; isso justifica o grande investimento feito em estudos envolvendo a
indústria siderúrgica, para que novas técnicas e processos oriundos das descobertas
nessa área viabilizem uma melhor e mais racional utilização do aço desde a sua
fabricação.
Durante o processo de beneficiamento de metais ou da fabricação de
qualquer liga, especialmente o aço, em todas as etapas de processamento são
geradas grandes quantidades de resíduos, que podem ser sólidos, efluentes líquidos
ou emissões gasosas (SOBRINHO; TENÓRIO, 2000). Esses resíduos são
usualmente classificados e divididos em três grupos: (1) Recicláveis (nível de ferro
entre 25% a 85% do peso); (2) Resíduos Carboquímicos e (3) Escórias.
O cálculo médio de produção de resíduos em uma usina integrada brasileira é
de 200 kg para cada tonelada de aço produzido, envolvendo sólidos, pós e gases, o
que preocupa a toda a sociedade, visto que estes são, em geral, depositados ou
lançados no meio ambiente (RIBEIRO, 2010).
16 Introdução Resultados e Discussão
No processo de fabricação de aço também são obtidos subprodutos
conhecidos como aciarias à base de sucata que correspondem a aproximadamente
1,5% de todo o material carregado e apresentam elementos químicos com ponto de
ebulição inferior ao ponto de fusão do aço. Esse resíduo é composto principalmente
de ZnO, óxidos de ferro, CaO, SiO2 e de outros óxidos metálicos, considerados
perigosos pela NBR 10.004/2004 (ABNT, 2004). Por serem gases tóxicos, esses
resíduos precisam passar por um processo de filtragem em equipamentos
apropriados para isso (GRILLO, 2011).
A indústria siderúrgica utiliza, portanto, vários sistemas de despoeiramento
com a função de captar as partículas geradas no processo de produção, com a
maior eficiência possível. Após a filtragem deste material, é obtido um coproduto,
chamado de Pó de Aciaria Elétrica (PAE), que tem sido utilizado em diversos
setores industriais para a fabricação ou para o beneficiamento de outros produtos.
Estima-se que, somente no Brasil, o processo de forno elétrico gere entre 15 e 25 kg
de resíduos de PAE por tonelada de aço produzido (INSTITUTO AÇO BRASIL,
2013; POPOVICI, 2009).
Como a indústria cerâmica apresenta um grande potencial para absorção de
resíduos sólidos, vários estudos têm sido realizados para avaliar as propriedades
desses materiais cerâmicos com resíduos incorporados, basicamente, devido à
heterogeneidade das matérias-primas utilizadas, normalmente argilosas
(MACHADO, 1999; BASEGIO, et al., 2002; CIMDINS, et al., 2000). Com efeito,
pretende-se investigar de que maneira é possível aproveitar os resíduos da indústria
siderúrgica, especialmente o pó de aciaria elétrica (PAE), na fabricação de cerâmica,
visando o desenvolvimento de um material cerâmico com adição de resíduo
siderúrgico.
1.1 – Hipótese
Essa proposta considera que é possível adicionar resíduos siderúrgicos a
materiais cerâmicos, conferindo-lhes melhores propriedades físicas, como a
diminuição de porosidade a altas temperaturas e maior rigidez mecânica, entre
outros.
17 Introdução Resultados e Discussão
1.2 – Objetivo Geral
O objetivo geral dessa pesquisa consiste em estudar os efeitos da adição de
resíduos siderúrgicos provenientes do processo de despoeiramento do aço à massa
cerâmica com base de argila, visando o desenvolvimento de um novo material
cerâmico de baixo custo de produção e alta resistência física e mecânica.
1.3 – Objetivos Específicos
Especificamente, os objetivos deste trabalho são:
Estudar o efeito do resíduo PAE nas propriedades gerais de um novo
material cerâmico;
Analisar as implicações da adição do resíduo na evolução das
propriedades físicas por meio dos ensaios de resistência, porosidade
aparente (Pap), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura a
flexão (TRF) absorção de água (AA) e retração linear de queima (RLq);
Examinar as decorrências do resíduo na evolução microestrutural do
novo material pela caracterização dos materiais cerâmicos através da
microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-x (DRX),
fluorescência de raios-x (FRX) e espectroscopia de raios-x por energia
dispersiva (EDS).
18
Capítulo 2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nesta seção são apresentados os referenciais teóricos que norteiam essa
pesquisa, com a descrição dos estudos mais relevantes no tema visando identificar
o perfil científico e as perspectivas de desenvolvimento de um novo produto de
cerâmica, no qual o resíduo siderúrgico proveniente da produção do aço esteja
presente.
2.1 – Matérias-primas
A argila plástica, o caulim, o feldspato sódico e o potássico, o talco e o
resíduo siderúrgico proveniente do sistema de despoeiramento na produção do aço,
foram as matérias-primas utilizadas na confecção dos corpos de prova deste
trabalho, a saber:
2.1.1 – Argila Plástica
Segundo Godinho (2004), a argila é matéria-prima básica para realização do
processamento de pisos e revestimentos cerâmicos, devido às seguintes
características:
a) Ampla disponibilidade e em grandes quantidades;
b) Plasticidade (capacidade de modelagem);
c) Relativa simplicidade na aplicação de técnicas de processamento; e
d) Adequada resistência mecânica após queima, favorecendo a aplicação no
setor cerâmico.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) traz a definição técnica
da argila como sendo “materiais compostos por partículas coloidais de diâmetro
inferior a 0,005 mm, com alta plasticidade quando úmidas e que, quando secas,
19 Fundamentação Teórica
formam torrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos”. Quimicamente,
sua forma pura apresenta-se como silicatos de alumínio hidratados, além de ferro e
magnésio, geralmente denominados de argilominerais, conforme a proporção
desses minerais em sua composição. Quando encontradas na natureza, as argilas
também podem conter em sua composição diversas substâncias orgânicas, além de
partículas de outros minerais, como quartzo, pirita, mica, dolomita, calcita e outros
(PAIXÃO, 2005).
De modo geral, principalmente para aplicações industriais, as argilas são
consideradas produtos naturais terrosos, de grãos muito finos, capazes de formarem
peças que podem ser criadas, destruídas e criadas novamente ao longo do ciclo das
rochas e apresentam fração granulométrica ≤ 2µm (MEIRA, 2001; GOMES, 1986).
Esses grãos têm estruturas cristalinas em camadas que são capazes de
deslizar umas sobre as outras. Uma vez em contato com a água, esta se posiciona
entre elas, formando uma película fina ao redor das partículas da argila, originando
propriedades físicas como a facilidade de clivagem, sensação que o material está
ensaboado e suavidade (PAIXÃO, 2005).
2.1.2 – Caulim
O caulim é um material cuja composição básica é o argilomineral caulinita
(Al2O3.2SiO2.2H2O), que é formado por intemperismo ou por alteração hidrotérmica.
Apresenta-se com granulometria fina, geralmente de cor branca e tem boa inércia
química, com menor plasticidade e resistência mecânica, tanto a verde quanto a
seco, quando comparado com a argila comum (JORDÃO, 1995). Apesar disso, é
comum que sejam utilizados em alguns produtos como elementos adicionais ou
substitutivos às argilas plásticas, por seu comportamento na queima ser semelhante
ou superior àquelas, além do fato de ter menos conteúdo de matéria orgânica em
sua composição (MOTTA; CABRAL JUNIOR; TANNO, 1998).
Os tipos de caulim são definidos de acordo com suas características físicas:
alvura, grau de cristalização, opacidade, viscosidade, forma das partículas, entre
outras. Dentre os minerais mais comuns na constituição desse material estão o
20 Fundamentação Teórica
caulim, a caulinita, a haloisita, a diquita e a nacrita, cujas composições químicas,
embora basicamente similares, apresentam diferenças estruturais específicas.
Impurezas coloridas podem ser encontradas no caulim, fazendo com que seu valor
comercial seja reduzido caso se utilize o material para fabricação de produtos de cor
clara, como, por exemplo, o papel (PINHEIRO, et al., 2007).
A mineração do caulim é feita em larga escala no Brasil e seu beneficiamento
e produção ocorre a partir da extração em diferentes tipos de rochas e diversos
portes de depósitos. Como matéria-prima, o caulim é considerado de grande
importância pela indústria, principalmente por ser um material plástico de queima
branca mais abundante que as argilas plásticas. Ainda assim, é preciso considerar
que os custos de produção de cerâmicas podem ser severamente afetados quando
a extração do caulim se encontra distante do polo industrial ou quando ele apresenta
muitas impurezas, o que encarece os custos com transporte e beneficiamento
(MOTTA; CABRAL JUNIOR; TANNO, 1998).
2.1.3 – Feldspato
Por feldspato entende-se um grupo de minerais cuja composição básica
lastreia-se nos alumino-silicatos de potássio, sódio e cálcio, quase sempre se
apresentando com uma composição de 10% de K2O, e, no caso dos feldspatos de
sódio, com cerca de 7% de Na2O (LUZ; COELHO, 2005). A obtenção desses
minerais é feita a partir de diversos tipos de rochas feldspáticas, como pegmatito,
granito e sienito (DONDI, 1994). Tradicionalmente a indústria cerâmica utiliza a albita
(Na[AlSi3O8]), o ortoclásio (K[AlSi3O8]) e a anortita (Ca[Al2Si2O8]); ou seja, silicatos
de sódio, potássio e cálcio, respectivamente.
O feldspato é utilizado como material fundente na preparação das cerâmicas,
já que seu ponto de fusão é menor do que a maioria dos outros componentes,
permitindo que ele aja como cimento para as partículas de várias substâncias
cristalinas, além de outros aspectos relacionados às reações físico-químicas
(RAMOS, 2001). Na atualidade, o feldspato sódico ou potássico são os mais
utilizados pela indústria, até porque são os tipos comercialmente mais disponíveis.
(OLIVEIRA, 2012).
21 Fundamentação Teórica
Em geral, as minas de feldspato se encontram distantes dos centros
ceramistas, o que pode acarretar na elevação de preço para o produto final. Ainda
assim, por se tratar de um material importante e com inúmeras aplicações, muitas
pesquisas têm sido feitas para diminuir sua concentração na massa cerâmica pelo
emprego de outros materiais fundentes alternativos, ou mesmo por sua substituição,
nos casos em que isso seja possível (MOTTA; CABRAL JUNIOR; TANNO, 1998).
2.1.4 – Talco
O talco é um material utilizado largamente como matéria-prima mineral na
indústria moderna. Como mineral puro, trata-se de um filossilicato de magnésio
hidratado, apresentando fórmula química Mg3 (Si4O10) (OH)2. De estrutura cristalina
e textura peculiar, apresenta um amplo espectro de propriedades tecnológicas com
aplicações que vão desde a elaboração de cosméticos, tintas e cobertura de papel
até sua utilização na indústria na indústria cerâmica ou na fabricação de tintas,
borracha, inseticidas, fertilizantes, papel entre outros (PONTES; ALMEIDA, 2005).
Trata-se de um mineral mole e que cliva com facilidade, podendo entrar na
composição de uma massa cerâmica como constituinte ou mesmo ser usado para a
fabricação de isoladores elétricos de alta frequência. Contudo, é muito mais
conhecido pela sua aplicação como fundente, substituindo parcialmente o feldspato
em massas para a fabricação de corpos semivítreos e vítreos (NORTON, 1973;
JORDÃO, 1995).
As principais propriedades tecnológicas do talco, que o fazem ser tão atrativo
para a indústria são: alta resistência ao choque térmico, leveza, suavidade, brilho
intenso, elevado poder de lubrificação e deslizamento, ampla capacidade de
absorção de óleo e graxa, baixa condutibilidade térmica e elétrica, alta área de
superfície, inércia química e boa retenção como carga. Tais propriedades fazem do
talco um importante mineral industrial, com vasto campo de aplicação (PONTES;
ALMEIDA, 2005).
22 Fundamentação Teórica
2.1.5 – Resíduos Siderúrgicos
O crescimento exponencial da utilização de metais no mundo demanda da
indústria uma utilização cada vez maior de insumos e de energia para a extração,
beneficiamento, tratamento e distribuição desses materiais. Esse progresso traz
consigo, também, a inescapável produção de resíduos que podem, em maior ou
menor grau, afetar o meio ambiente quando descartados de forma inadequada. Por
conta disso as grandes indústrias se preocupam cada vez mais com a destinação
desses resíduos e a sua reciclagem é considerada, por vários setores industriais,
como prática a contribuir para a minimização de tais problemas (OLIVEIRA;
MARTINS, 2003).
2.1.5.1 – Resíduos
Dados divulgados pelo Instituto Aço Brasil (2013), demonstram que em 2012,
foram gerados - para cada tonelada de aço produzida – 600 kg de co-produtos e
resíduos, num volume total de 17,7 milhões de toneladas, inferior aos 19,2 milhões
de toneladas gerados no ano anterior. Apesar dessa redução, que foi provocada
pela pequena queda na economia, o número ainda é impressionante.
No que se refere à destinação, 88,5% dos materiais gerados são
reaproveitados, o que fez com que, entre os anos de 2011 e 2012, com esse tipo de
iniciativa, o estoque de resíduos tenha sido reduzido de 15% para 6,5% (INSTITUTO
AÇO BRASIL, 2013).
No ano de 2012, como resultado do processo de tratamento nas siderúrgicas,
a geração de resíduos no Brasil chegou a 63%, envolvendo não somente co-
produtos do aço, mas também outros materiais considerados extremamente finos,
como os pós e lamas, cuja maior parte foi vendida para ser reciclada. O Instituto Aço
Brasil relata que a maior parte, cerca de 70%, foi comprada para utilização na
produção de cimento, representando um aumento de 15% em relação ao ano
anterior. Outra destinação desses resíduos está em sua utilização na construção de
bases de estradas, o que, em 2012, representou 18% do total.
23 Fundamentação Teórica
A Tabela 2.1 apresenta os principais resíduos siderúrgicos e suas
destinações, conforme estudo de Reis (2007).
Tabela 2.1 – Relação dos principais resíduos siderúrgicos.
Resíduo Destino Observação %massa
Pó Coletor de Alto Forno
Sinterização Presença de zinco 41% Fe e 26% C
Pó de sinterização Sinterização Piora na Permeabilidade da mistura a sinterizar
45% Fe
Fino de coque (moinha)
Sinterização Presença de álcalis 70% C
Lama Grossa de Aciaria LD
Concentrado de ferro em substituição a sucata
Aumento na geração de finos
87% Fe onde 85% metal
Lama Fina de Aciaria LD
Disponibilizado em aterro para venda
Presença de zinco 60% Fe onde 10% metal
Carepa Sinterização Perda na redutibilidade 70% Fe
Pó de Forno Elétrico Disponibilizado em aterro
Presença de Zinco 52% Fe2O3 e 15% ZnO
Fonte: REIS, 2007.
As Figuras 2.1 e 2.2, a seguir, ilustram os resultados estatísticos relacionados
à geração, destinação e aplicação de resíduos siderúrgicos no ano de 2012.
Figura 2.1 – Destinação dos resíduos no ano de 2012.
Fonte: Instituto Aço Brasil, 2013.
24 Fundamentação Teórica
Figura 2.2 – Destinação e aplicação dos agregados siderúrgicos no ano de 2012.
Fonte: Instituto Aço Brasil, 2013.
2.1.5.2 – Aciaria Elétrica
O aço é produzido por meio de duas rotas principais. A primeira delas é via Forno
Básico a Oxigênio (ou processo BOF), e que é, atualmente, a mais difundida e a mais
utilizada. Em 2013 esta rota foi responsável por mais de 67% da produção no Brasil.
A segunda rota ocorre via Forno Elétrico a Arco (FEA), tendo representado,
também em 2013, 30,6% da produção nacional (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2013).
A Figura 2.3 apresenta o fluxograma dos processos de produção de aço.
25 Fundamentação Teórica
Figura 2.3 – Fluxograma de produção de aço.
Fonte: Instituto Aço Brasil, 2013.
A produção de aço via FEA vem crescendo nos últimos anos e vários países
do mundo têm preferido utilizar essa metodologia, a exemplo dos EUA, que
apresentou em apenas oito anos - entre os anos de 2000 e 2008 - um aumento
significativo, passando de 40% para 58,1%. Alguns países adotam esse processo
em 100% dos casos (p. ex.: Noruega, Eslovênia, Croácia, Indonésia, Equador,
Uruguai e Venezuela) (TELLES, 2010).
No Brasil, a produção de aço entre junho de 2013 e junho de 2014 totalizou
33.906,5 milhões de toneladas, das quais apenas 24,78% foram produzidos via rota
de aciarias elétricas (FEA).
2.1.5.3 – Formação do Pó de Aciaria
No intuito de compreender e correlacionar as propriedades dos materiais a
serem estudados, principalmente as características químicas do PAE, faz-se
necessário delinear e quantificar os fenômenos de geração do pó no processo de
forno elétrico a arco (FEA), como ilustrado na Figura 2.4.
26 Fundamentação Teórica
Figura 2.4 – Teores de escória, metal, volatização e arraste de material no PAE
Fonte: Guézennec et al., 2004
De acordo com Guézennec et al. (2004), aproximadamente 27% da poeira
produzida na siderurgia está relacionada com a volatização, enquanto que 60% dela
(escória e metal) é gerada pelo processo de ruptura da bolha de CO que arrasta
partículas de metal e escória; 13% é constituída pelo arraste de materiais que são
adicionados no forno.
A Figura 2.5 ilustra os teores relativos aos processos em que se forma a
poeira de aciaria.
Figura 2.5 – Representação esquemática de formação do PAE em fornos elétricos
Fonte: Guézennec et al., 2004.
27 Fundamentação Teórica
Na Figura 2.5, os pontos representados pelos números 1 e 2 ilustram o
processo de volatização; em 2 e 3, por seu turno, apresenta-se o processo de
ruptura da bolha de monóxido de carbono (CO); no ponto 4 ocorre o contato com
uma atmosfera oxidante; e, no ponto 5, ilustra-se o arraste de material adicionado no
forno.
Badger e Kneller (1997) explicam que a geração do PAE ocorre por conta da
volatização dos metais provenientes da sucata, a exemplo do chumbo, cádmio e
zinco. Além disso, a formação desse resíduo também acontece devido à adição de
outros materiais durante o carregamento na forma de pó. No caso da explosão de
bolhas de monóxido de carbono, pequenas bolhas de metal e escória são ejetadas
no processo, sendo este, segundo os autores, o principal mecanismo de formação
da poeira.
Pode-se então resumir esquematicamente os mecanismos que contribuem
potencialmente para a geração da poeira, tanto em forno elétrico a arco como em
convertedor a oxigênio (TELLES, 2010):
Vaporização de metais não ferrosos (Zn, Cd, Pb, entre outros);
Ejeção de gotas de aço líquido (óxido de ferro MnO);
Ejeção de partículas oriundas da escória (CaO e SiO2);
Arraste de materiais adicionados ao forno (Sílica).
2.1.5.4 – Meio Ambiente
A preservação do meio ambiente é uma prerrogativa essencial para a
indústria de produção de aço, em face da grande potencialidade de contaminação
presente nesse tipo de atividade. Assim, estabelecer um programa de destinação
eficiente, inteligente e sustentável de reciclagem não é mais apenas uma alternativa
de destinação dos resíduos, antes, é obrigação ética e cidadã desse segmento.
Antes de se pensar na aplicação e viabilização de novas tecnologias de
processamento do material a ser reciclado, os rejeitos precisam ser submetidos a
uma adequada etapa de caracterização por meio da qual será possível avaliar a
28 Fundamentação Teórica
composição química do resíduo, suas fases constituintes, seu aspecto
microestrutural, sua granulometria, entre outros fatores a determinar futuras
aplicações, agilizando e direcionando corretamente o descarte. Por conta disso, as
pesquisas que visam conhecer as propriedades dos variados resíduos e seu
reaproveitamento ou reciclagem, apresentam-se como de vital importância, em face
da necessidade de diminuir ou eliminar o impacto causado pela extensa quantidade
de rejeitos lançados todos os dias no meio ambiente ou em aterros. De fato, a
tendência atual é direcionar esses rejeitos como matérias-primas em outros
processos metalúrgicos, ou mesmo, como é o caso deste trabalho, em seu uso em
outros setores como a construção civil e a indústria cerâmica (TELLES, 2010).
Estudos para o aproveitamento do PAE buscam desenvolver suas
potencialidades como uma alternativa para processos siderúrgicos por conta de seu
grande teor de ferro. Deve-se, portanto, considerar que sua proveniência já busca
diminuir os impactos ambientais negativos, a partir da instalação de um sistema de
despoeiramento, Figura 2.6, pela indústria siderúrgica responsável pelo processo de
exaustão e limpeza dos gases gerados na produção do aço;essa medida visa evitar
a liberação direta para a atmosfera de gases na forma de particulas em suspensão.
Figura 2.6 –Sistema de despoeiramento da siderúrgica Gerdau - Divinópolis
Fonte: GERDAU, 2003.
29 Fundamentação Teórica
O processo básico para o despoeiramento ocorre da seguinte forma: os gases
gerados passam por uma filtragem tipo manga, na qual as partículas em suspensão
são separadas e depositadas na parte inferior da casa de filtro enquanto que o ar
filtrado é lançado na atmosfera pela chaminé, que possui monitoramento de
composição dos gases e do percentual de sólidos suspensos. Periodicamente, o pó
acumulado na casa de filtro é removido e armazenado em local adequado, com piso
impermeabilizado, evitando a contaminação do ambiente até sofrer seu
processamento final.
Como já citado, descartar o PAE no meio-ambiente não é uma opção
recomendada, visto que, conforme a NBR 10.004/2004, ele é um resíduo classe 1,
considerado perigoso em função da elevada concentração de cádmio e chumbo, que
excede as concentrações máximas permitidas. Logo, é necessário o emprego de
tecnologias limpas que permitam o seu reaproveitamento ou reciclagem de maneira
eco-eco (econômica - ecológica).
Reaproveitar os resíduos provenientes de processos industriais siderúrgicos
no campo da cerâmica com o objetivo de obter produtos para construção civil tem
sido uma alternativa viável na atualidade, uma tendência que cresce a cada dia,
apresentando-se como uma das melhores soluções para o problema ambiental
associado ao descarte de resíduos poluentes (MENEZES, 1996; ACOSTA, 2002;
DOMINGUES, 2002).
2.1.5.5 – Aplicações
A literatura científica tem demonstrado serem variadas as aplicações do PAE,
em diversos tipos de utilidades, como, por exemplo:
- Na agricultura, como corretivos e fertilizantes, por conter zinco em sua
composição (embora sejam necessários cuidados em relação a possíveis
efeitos negativos para o solo) (SANTOS et al., 2002) ou
- Como fonte de micronutrientes para otimizar a produção de soja (MELLONI
et al., 2001);
30 Fundamentação Teórica
-Como alternativa para descontaminação de efluentes e corpos d'água
através da redução do cromo hexavalente utilizando materiais à base de
ferro (COSTA et al., 2010) ou mesmo
- Na indústria ceramista, como elemento constituinte das massas para
variados tipos de cerâmica (TELLES, 2010).
Salienta-se, contudo, que a utilização do PAE como matéria-prima em vários
processos industriais é, de longe, o mais recorrente.
De acordo com Pureza (2004, p. 54):
Dentre os resíduos disponíveis para serem utilizados na formulação de massas cerâmicas que possuem características de baixa granulometria, encontram-se o pó resultante de processo de fabricação de aço em aciarias elétricas, o pó captado em sistemas de filtros de atomizadores em processos de moagem a úmido e recentemente o pó gerado dos processos finais de acabamento do grês porcelanato.
Assim, em vista da necessidade de destinação apropriada desse material, a
indústria ceramista tem sido uma das que mais pesquisam e absorvem esses
resíduos, buscando alternativas que possam aliar a aplicação industrial segura, que
não comprometa a qualidade final dos produtos e promova o lado comercial, sem
agredir o meio ambiente (PUREZA, 2004).
2.2 – Processamento Cerâmico
O processamento cerâmico para a produção de peças articula-se em quatro
estágios: (1) Preparação da Massa, (2) Prensagem, (3) Secagem e (4) Queima.
2.2.1 – Preparação da Massa
Esta primeira fase é fundamental para a qualidade final do produto a ser
fabricado. De acordo com Andrade (2009), é preciso que haja um adequado
manuseio das matérias-primas, especialmente da argila (base da massa), que não
deve ser trazida da jazida e colocada diretamente no caixão dosador, pois isso pode
provocar diversos problemas de qualidade. A mistura da massa precisa de um
31 Fundamentação Teórica
tempo adequado de descanso visando à homogeneização dos elementos, o que vai
diminuir as tensões sofridas após passar por equipamentos e possibilitar que o grão
argiloso absorva a água adicionada no processo. Ou seja, o cuidado adequado com
a preparação da massa refletirá na produtividade e na qualidade do produto,
contribuindo para a redução do consumo energético e do desgaste dos
equipamentos (ANDRADE, 2009).
Ainda em relação a esta fase, faz-se necessário que se conheçam todas as
matérias-primas e suas propriedades, pois estas informações valiosas auxiliam na
escolha do melhor método de conformação a ser utilizado e na definição do tipo de
produto final a ser disponibilizado. Ademais, a boa preparação inicial da massa pode
evitar problemas no produto final, como: trincas, deformações, variações na
regulagem da boquilha, na quantidade produzida, na amperagem e no corte
(TUBINO; BORBA, 2006).
Para que a massa cerâmica apresente condições para um adequado produto
final, algumas condições devem ser atendidas (FACINCANI, 1993):
A relação de plásticos e não plásticos deve ser tal que confira, à massa
cerâmica, a plasticidade necessária para realizar um molde adequado e a
peça conformada tenha suficiente resistência mecânica a verde e a seco.
A preparação da mistura, se realizada por via úmida, dever ser facilmente
defloculante.
A massa deve apresentar uma adequada composição química e mineralógica
de modo que as transformações físico-químicas, que têm lugar durante o
processo de queima, confiram ao produto acabado as qualidades desejadas.
A Figura 2.7 apresenta, de forma geral, as etapas do processamento
cerâmico.
32 Fundamentação Teórica
Figura 2.7 – Esquema geral do processamento cerâmico
Fonte: BORBA et al., 2002
33 Fundamentação Teórica
Assim, pode-se considerar, resumidamente, que as razões para uma
preparação prévia das massas cerâmicas são:
Homogeneizar a mistura das argilas,
Reduzir o tamanho de grãos,
Controlar o percentual de unidade da mistura,
Controlar o percentual de resíduo,
Melhorar a trabalhabilidade da massa,
Padronizar a qualidade da massa cerâmica, aumentar a produtividade,
economizar energia, entre outros (TUBINO; BORBA, 2006).
2.2.2 – Prensagem
A fase de prensagem é aquela em que ocorre a compactação e conformação
simultânea de um material granulado ou em pó, confinados em uma matriz rígida ou
molde flexível. Tem-se aqui um processo de conformação que, na indústria, visa a
produzir peças de vários tamanhos e formas, com baixa variação dimensional,
praticamente sem retração de secagem. De acordo com Neckel (2008), os mais
destacados materiais produzidos por este método de conformação são as cerâmicas
magnéticas, dielétricas, cerâmicas técnicas, materiais de engenharia, revestimentos
cerâmicos, porcelanas, além de produtos estruturais.
O comportamento mecânico dos grânulos afeta de maneira determinante a
variação de compactação e da estrutura porosa da massa durante a prensagem,
bem como a microestrutura resultante da peça. Além disso, também, devem-se levar
em conta as características estruturais das partículas (tamanho, forma e distribuição)
que formam os grânulos.
Outros fatores a serem considerados nesse estágio são a velocidade com que
se aplica a carga e o tempo de permanência da carga máxima, pois eles influenciam
consideravelmente na recuperação elástica e na saída de gases durante a
compactação; o mesmo não pode ser dito quanto à compacidade e à microestrutura
da peça resultante (AMORÓS, 2001).
34 Fundamentação Teórica
Quando as peças são maiores que 0,5mm ou em peças com relevo superficial
na direção de compactação, recomenda-se a prensagem por punção e matriz de
metal duro (chamada também de prensagem a seco). A pressão isostática em
moldes flexíveis é usada para peças com relevo em duas ou três dimensões, formas
com uma dimensão alongada (como bastões) e produtos massivos com sessão
larga (NECKEL, 2008).
Na Figura 2.8 estão ilustrados os estágios de prensagem a seco, incluindo (1)
a alimentação da matriz, (2)a compactação e a conformação e (3)a ejeção.
Figura 2.8 – Carregamento e nivelamento da matriz.
Fonte: REED, 1994.
Reed (1994) descreve a prensagem a seco como aquela na qual a pressão
produzida pelo movimento dos punções realiza a compactação do pó granulado até
que se forme somente uma peça coesa, com forma e microestrutura particulares. A
pressão inicial é transmitida através dos grânulos, os quais sofrem deformação por
escorregamento e rearranjo de suas partículas. A deformação causa a redução da
porosidade intergranular, aumentando em número e área os contatos entre os
grânulos, por meio de densificação com pressões até 50 Mpa, pois acima disso
ocorre desgaste da punção, caso se esteja trabalhando com cerâmicas duras.
Ademais, na indústria utilizam-se pressões de compactação menores que 100 Mpa
para cerâmicas técnicas de alta performance e menores que 40 Mpa para cerâmica
branca e revestimento.
35 Fundamentação Teórica
A prensagem apresenta três etapas distintas: (1) fluxo e rearranjo dos
grânulos, (2) deformação dos grânulos e a etapa final, e (3) densificação dos
grânulos.
Na etapa inicial ocorre o escorregamento e o rearranjo dos grânulos sob baixa
pressão; é quando se inicia o contato da punção com o pó. Em seguida, tem-se a
deformação dos grânulos, que ocorre inicialmente com a deformação nas fronteiras
intersticiais: é quando a pressão excede a resistência dos grânulos, ocorrendo,
então, uma diminuição do volume vazio.
A etapa final se inicia sob altas pressões, quando a deformação ocorre por
escorregamento e causa o rearranjo das partículas para obter uma configuração
mais compactada. Em termos ideais os maiores poros entre os grânulos deformados
somem e não há interface entre os grânulos (REED, 1994).A Figura 2.9 ilustra, de
forma esquemática, esse processo de deformação.
Figura 2.9 – Deformação e empacotamento dos grânulos.
Fonte: REED, 1994.
36 Fundamentação Teórica
2.2.3 – Secagem
A etapa da secagem é aquela em que se busca a eliminação, por meio de
evaporação, da água presente na massa de formação das peças em meio a um
ambiente que atenda às devidas especificidades técnicas, de acordo com cada tipo
de cerâmica. As peças cerâmicas são secas mesmo que ainda exista de 1% a 2%
de umidade residual (TUBINO, 2006). Vale ressaltar que durante essa etapa é
necessário que permaneça no material uma umidade de equilíbrio capaz de
provocar uma tensão de vapor igual à existente no ambiente (PETRUCCI, 1982).
Como existe um gradiente de velocidade de evaporação, isto é, de saída de
água especialmente no caso das peças industriais, é necessário que o início do
processo seja rápido, causando uma grande contração na peça. À medida que os
grãos se encostam um nos outros, a contração diminui até chegar ao ponto crítico,
quando a massa não mais se contrai e a velocidade de secagem passa a decrescer
(ANDRADE, 2009).
A evolução da retração de secagem em função da perda de água de
conformação é representada por uma curva típica de Bigot, Figura 2.10, na qual se
observa o ponto (A) localizado na ordenada do ponto (E), representando a
quantidade de água de umidade que as peças apresentam no início de secagem. Na
abscissa, obtém-se o grau de retração total de secagem que irá ocorrer.
A linha (A-B) representa a primeira fase de secagem com a eliminação da
água de plasticidade localizada entre as partículas. É a fase mais problemática na
etapa de secagem, visto que a eliminação de água entre partículas é acompanhada
de retração.
A linha (B-C) representa a segunda fase de secagem caracterizada pela
eliminação de água intersticial.
37 Fundamentação Teórica
Figura 2.10 – Variação da retração de secagem em função da água de conformação.
Fonte: VIEIRA, 2003.
É preciso considerar que, no processo de secagem, o tipo de material pode
ser afetado, portanto, é necessário conhecer sua procedência de maneira plena.
Argilas dotadas de excessiva plasticidade ou de granulometria muito fina, por
exemplo, demandam maior quantidade de água de amassamento e sua contração
de secagem é elevada. Nesse caso a velocidade de secagem torna-se lenta, uma
vez que a massa tem uma textura mais compacta, dificultando a migração de água
até a superfície. Por consequência, a secagem de massas argilosas muito finas
pode ser facilitada se na composição original da massa for adicionado algum
material de granulação fina (VIEIRA, 2003).
Possíveis defeitos produzidos durante o processo de secagem são causados
pela contração da massa, geralmente em função de desatenções ou
desconhecimentos das propriedades das matérias-primas e posteriores
inadequações na regulação da temperatura ou tempo de secagem. No caso de uma
contração diferenciada, acontecem tensões internas, causando trincas visíveis ou
empenamentos produzidos durante a formação das peças, ou ainda, pela
diferenciação de secagem (TUBIO; BORBA, 2006).
38 Fundamentação Teórica
O custo da secagem é um fator significante no preço de venda. A secagem
das cerâmicas ao natural, ou seja, ao sol e ao vento, é utilizada na extração e
estoque de matérias-primas.
Materiais processados a úmido são secos normalmente em secadores
rotativos tipo torre ou túnel. Quanto maior a quantidade de fase líquida presente em
um corpo conformado durante a secagem, maior o gasto energético na sua retirada
e maior a retração na sua secagem (REED,1994).
2.2.4 – Queima
A queima consiste na submissão das peças conformadas e secas a uma
temperatura específica, a fim de que elas adquiram as propriedades que se deseja
obter (ANDRADE, 2009), dentre as quais se pode destacar: dureza, resistência
mecânica, resistência à água, às intempéries e aos agentes químicos (SANTOS;
SILVA, 1995).
Nesta etapa ocorrem transformações estruturais do material e por isso a
velocidade de aquecimento e resfriamento precisa variar de acordo com cada tipo de
material.
Essas transformações são bem diferentes umas das outras; algumas vezes
precisam ser rápidas, outras, lentas; às vezes devem ser evitadas, outras devem
ocorrer apenas no início ou apenas no final do processo.
Depreende-se disso que o processo de queima é, de fato, bastante complexo
e afeta não apenas a temperatura, mas também a velocidade de aquecimento, a
velocidade de resfriamento, as condições de umidade, o tipo de forno e de energia,
além da geometria do produto a sofrer o processo (VERÇOSA,1987;
PETRUCCI,1982).
A temperatura e o tempo de queima apresentam-se como fatores essenciais
no processo. As diferenças estruturais de cada material, abrangendo especificidades
químicas, estruturas cristalinas e distribuição do tamanho de partículas, definem o
ponto ideal para que as reações químicas aconteçam.
39 Fundamentação Teórica
A Tabela 2.2 mostra alguns produtos cerâmicos e suas respectivas
temperaturas de queima.
Tabela 2.2 – Temperaturas típicas de queima
Temperatura Típica Material/Produto
600ºC Tijolos de olaria, esfarelados com sonoridade baixa.
700ºC Terracota artística de artesanato.
900ºC a 1000ºC Indústria cerâmica da extrusão em massa vermelha.
1110ºC a 1120ºC Revestimento poroso, 10% a 18% de absorção d‟agua.
1140ºC Revestimento de grês vermelho de 3% de absorção.
1160ºC Revestimento cerâmico de grês claro de 3% de absorção.
1200ºC a 1250ºC Porcelana branca de mesa, torneada, colada ou injetada.
1200ºC a 1250ºC Grês porcelânico em prensas hidráulicas.
1300ºC a 1400ºC Refratários aluminosos para altas temperaturas.
Fonte: GIARDULO, 2005.
Santos e Silva (1995) explicam que a operação de queima se divide em três
etapas: aquecimento, queima e resfriamento, que são conduzidas de acordo com
estudos prévios realizados com a matéria-prima. Ou seja, com os ensaios realizados
em corpos de prova a fim de verificar as temperaturas adequadas a cada etapa e a
velocidade e o tempo de exposição às condições determinadas.
Em síntese, essas etapas consistem em:
I. Aquecimento: evaporação da água contida nos poros, com queima de parte
da matéria orgânica. A velocidade de eliminação dessas substâncias depende
da quantidade de água, porosidade e textura da argila (PETRUCCI, 1982).
II. Queima: toda a matéria combustível é consumida, o carvão e o enxofre são
eliminados e o óxido ferroso é oxidado, passando a óxido férrico (PETRUCCI,
1982).
III. Resfriamento: as peças não podem sofrer um abaixamento em sua
temperatura de forma brusca, sob pena de sofrerem deformações e fissuras
(SANTOS; SILVA, 1995).
40
Capítulo 3
MATERIAL E PROCEDIMENTOS
Como o objetivo desse trabalho é avaliar os efeitos da adição de resíduo
siderúrgico proveniente do processo de despoeiramento do aço à massa cerâmica
com base de argila, para desenvolver um novo material cerâmico que agregue um
baixo custo de produção à uma alta resistência física e mecânica, torna-se
necessário caracterizar de que forma esses materiais serão considerados durante os
procedimentos laboratoriais.
Para o resíduo siderúrgico a ser adicionado à massa cerâmica foram
estabelecidos os percentuais de 2%, 4% e 8%, coerentemente com a literatura e
com os estudos cinéticos realizados previamente para a avaliação das propriedades
dos materiais.
As medidas de tempo e de temperatura foram definidas também com base
nas literaturas técnicas específicas nacionais e internacionais, além de estarem de
acordo com a resolução nº 316 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA,
2006), que estabelece que o Tratamento Térmico é todo e qualquer processo
realizado acima da temperatura mínima de 800ºC.
3.1 – Matérias-primas
Durante os ensaios foram consideradas cinco (5) matérias-primas, além do
resíduo PAE, a saber:
Argila Plástica,
Feldspato Sódico,
Feldspato Potássico (Albita)
Talco,
Caulim.
Todas essas matérias-primas foram fornecidas pela Armil (Mineração do
Nordeste LTDA), situada e estrategicamente instalada no centro da Província
Pegmatítica da Borborema, equidistante das maiores reservas de minerais
41 Material e Procedimentos
pegmáticos da região no Município de Parelhas – RN. O resíduo PAE é oriundo de
uma usina siderúrgica.
3.2 – Caracterização das Matérias-primas
A utilização de cada um desses componentes considerou as seguintes
características básicas:
Argila: possibilita a criação das condições propícias de processamento por
prensagem;
Caulim: favorece a formação de mulita em temperaturas mais altas, com
propriedades mecânicas adequadas, formador de estrutura;
Feldspato potássico e sódico: fundentes de baixa temperatura que contribuem
para a formação de fase líquida em temperaturas próximas de 900°C. A
combinação deles permite a geração de eutético, potencializando a presença
de líquidos reativos capazes de uniformizar a microestrutura em tempos e
temperaturas mais baixas;
Talco: fundente de médias temperaturas que contribui principalmente com as
propriedades do choque térmico;
Resíduo PAE: rico em óxidos fundentes atuando em combinação com os
feldspatos e o talco.
Além dessas propriedades, um levantamento experimental das características
dessas matérias-primas foi feito utilizando-se os procedimentos identificados a
seguir.
3.2.1 – Análise Química por Fluorescência de Raios-X (FRX)
A análise química de cada uma das matérias-primas foi feita utilizando-se um
espectrômetro de energia dispersiva da marca Shimadzu, modelo EDX-720,
considerando uma atmosfera a vácuo e empregando o método semi-quantitativo
para a determinação dos elementos presentes.
42 Material e Procedimentos
3.2.2 – Análise por Difração de Raios-X (DRX)
Os DRX foram realizados com o emprego de um Difratômetro de Marca
Shimadzu, modelo XRD-7000.
3.2.3 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
A análise microscópica das amostras estudadas foi feita por microscopia
eletrônica de varredura (MEV), com microscópio da marca Hitachi, modelo Tabletop
Microscope TM-3000.
3.2.4 – Espectroscopia de Raios-X por Energia Dispersiva (EDS)
O equipamento utilizado para analisar o EDS foi de Marca Oxford
Instruments, modelo Swift ED3000.
3.2.5 – Ensaios Tecnológicos
Os ensaios tecnológicos consistiram na avaliação das seguintes propriedades
das amostras:
Porosidade Aparente (PAp)
Massa Específica Aparente (MEA)
Tensão de Ruptura a Flexão (TRF)
Absorção de Água (AA)
Retração Linear de Queima (RLQ)
43 Material e Procedimentos
3.2.5.1 – Porosidade Aparente (PAp)
A PAp foi obtida utilizando-se o princípio de Arquimedes, que consiste em
submergir os corpos-de-prova em um fluido na temperatura ambiente; nesse
trabalho o fluido considerado foi a água. A PAp foi obtida através da expressão:
–
– (3.1)
Sendo:
- PAp – porosidade aparente (%)
- Mu – massa do corpo-de-prova úmido (g)
- MQ – massa do corpo-de-prova queimado (g)
- Mi – massa do corpo-de-prova imerso em água (g)
3.2.5.2 – Massa Específica Aparente (MEA)
A massa específica aparente (MEA) dos corpos-de-prova foi obtida através da
expressão abaixo:
– (3.2)
Sendo:
- MEA – massa específica aparente (g/cm3)
- MQ– massa do corpo-de-prova queimado (g)
- Mu – massa do corpo-de-prova úmido (g)
- Mi – massa do corpo-de-prova imerso em água (g)
3.2.5.3 – Tensão de Ruptura a Flexão (TRF)
A tensão de ruptura à flexão (TRF) foi obtida com base na norma ASTM
C1161-90 em uma máquina universal de ensaio mecânico, modelo Zwick/Roel Z2.5,
utilizando-se o ensaio de flexão em três pontos, por meio da expressão abaixo:
44 Material e Procedimentos
(3.3)
Sendo:
- TRF – tensão de ruptura à flexão (N/m2)
- P – carga obtida no momento da ruptura do corpo de prova (kgf)
- L – distância entre os apoios dos corpos-de-prova (cm)
- b – largura do corpo-de-prova no local da ruptura (cm)
- h – altura do corpo-de-prova no local da ruptura (cm)
3.2.5.4 – Absorção de Água (AA)
A absorção de água (AA) dos corpos-de-prova, em percentagem, foi obtida
através da expressão abaixo:
–
(3.4)
Sendo:
- AA – absorção de água (%)
- Pu – peso do corpo-de-prova saturado de água (g)
- Ps – peso do corpo-de-prova seco (g)
3.2.5.5 – Retração Linear de Queima (RLQ)
Foram determinadas as dimensões dos corpos-de-prova a verde e a seco,
após secagem a 75°C, por 24 horas. Os corpos-de-prova foram levados para
queima, para serem posteriormente medidos, a fim de se obter a sua retração linear
de queima (RLQ) através da expressão:
–
(3.5)
Sendo:
- RLq – Retração Linear de queima (%)
45 Material e Procedimentos
- Cs – comprimento do corpo-de-prova após secagem (cm)
- Cq – comprimento do corpo-de-prova após a queima (cm)
3.3 – Preparação dos Corpos de Prova
Todas as etapas de preparação dos corpos de prova apresentadas nesse
trabalho foram realizadas no laboratório de materiais cerâmicos e na sala de fornos
da UFRN. Os corpos de prova em questão, compostos pela mistura da Massa-Base
aos percentuais de 2%, 4% e 8% de resíduos PAE, utilizaram resíduos da Gerdau
em uma quantidade de 20 g prensados a 30 Mpa.
A figura 3.1a apresenta a prensa utilizada no processo e a figura 3.1b mostra
a forma final do corpo de prova obtido.
Figura 3.1 – (a) Prensa utilizada; (b) Corpo de Prova obtido.
Fonte: Autor.
Após a prensagem o corpo de prova foi fragmentado para se adequar ao
tamanho de uma barquinha, Figura 3.2.
(a) (b)
46 Material e Procedimentos
Figura 3.2 – Corpo de Prova no formato de uma barquinha.
Fonte: Autor.
3.3.1 – Seleção e Mistura dos Componentes
A massa base (MB) utilizada nesse trabalho foi preparada de acordo com os
percentuais apresentados na tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Percentual de materiais para a massa base.
Material Percentual (%)
Argila plástica 30
Feldspato Sódico 40
Feldspato Potássico 15
Talco 5
Caulim 10 Fonte: Autor.
A mistura dos materiais para obtenção da MB iniciou-se com a dosagem das
matérias primas nas proporções pré-estabelecidas na tabela 3.1. Em seguida, elas
foram colocadas em um recipiente e foram adicionados 2,6 litros de água, obtendo-
se 4 kg de MB.
A homogeneização do material foi feita com o emprego de um moinho com 30
bolas de tamanho médio que permaneceu em funcionamento durante 24 horas.
Na figura 3.3 pode-se visualizar o moinho em funcionamento, realizando a
homogeneização.
47 Material e Procedimentos
Figura 3.3 – Moinho em funcionamento.
Fonte: Autor.
Após o processo de homogeneização da MB, a pasta aquosa foi colocada em
um recipiente, Figura 3.4a, onde foi feita a separação da matéria e das bolas. Em
seguida a massa foi levada à estufa para a etapa de secagem, onde permaneceu
por um tempo de 24h na temperatura aproximada de 100°C.
Na Figura 3.4b é mostrada a MB após 24h de secagem em estufa.
Figura 3.4 – MB antes e após estufa.
Fonte: Autor.
48 Material e Procedimentos
Durante a etapa de Sinterização o forno, Figura 3.5, foi programado para
aquecer até a temperatura de 1100° C; ao chegar esta temperatura a barquinha foi
inserida no forno por um patamar de 2 horas.
Figura 3.5 – Sinterização da MB – Forno Tubular.
Fonte: Autor.
Após a sinterização os fragmentos foram transformados em Pó e
encaminhados para a análise de DRX.
3.3.2 – Adição de Resíduos à MB
Antes de ser adicionado à MB, o resíduo foi passado em uma peneira de 200
mesh; posteriormente foram preparados e acrescentados à MB os percentuais de
2%, 4% e 8% de resíduo em relação à quantidade da mesma e finalmente, foram
acondicionados em recipientes para homogeneização no moinho, seguindo as
mesmas etapas de preparação da MB.
A Figura 3.6 mostra a formulação da MB com 8% de resíduo PAE após essa
etapa.
49 Material e Procedimentos
Figura 3.6 – Formulação com 8% de resíduo
Fonte: Autor.
3.3.3 – Conformação dos Corpos de Prova
Para a confecção dos corpos-de-prova foi utilizada uma matriz retangular com
as dimensões de 60mm x 20mm, nas quais foram determinadas as propriedades
listadas no item 3.2.5: RLQ, AA, PA, MEA e TRF.
Na produção de cada corpo de prova foi considerada uma massa total de 20g
de material – massa básica e resíduo – já incluso 8% de umidade. A carga aplicada
foi de 3,6 toneladas (equivalente a 30 Mpa).
Os corpos de prova foram levados para estufa para a etapa de secagem por
um período de 24 horas. Antes e depois do processo de secagem foram verificadas
as dimensões das amostras.
A Figura 3.7 apresenta os corpos de prova compostos de MB e dos
percentuais de 2% (R2%), 4% (R4%) e 8% (R8%) de resíduos PAE.
50 Material e Procedimentos
Figura 3.7 – Corpos de Prova
Fonte: Autor.
51
Capítulo 4
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse capítulo são apresentadas as tabelas com os resultados das análises
feitas nas matérias primas como proposto no capítulo anterior, tanto para a MB,
quanto para os corpos de prova contendo os percentuais de 2%, 4% e 8% de
resíduos.
Além desses resultados, também é apresentada uma análise do
comportamento magnético dos corpos de prova considerados.
4.1 – Caracterização das Matérias-primas
4.1.1 – Análise por Fluorescência de Raios-X (FRX)
A tabela 4.1 apresenta os resultados obtidos na análise por fluorescência de
raios-X para a massa base e para todos os corpos de prova utilizados. Na figura 4.1,
por sua vez, é possível identificar a representação das composições avaliadas em
um diagrama ternário simplificado.
Tabela 4.1 – Análise química das matérias-primas.
52 Resultados e Discussão
Figura 4.1 – Representação das composições em um diagrama ternário simplificado
Fonte: Autor.
4.1.2 – Análise por Difração de Raios-X (DRX)
Nas Figuras 4.2 a 4.5 estão representados os resultados da análise do
comportamento dos corpos de prova em suas formulações sinterizadas, submetidos
às temperaturas de 1000ºC e de 1150ºC, considerando em ambos os casos os
intervalos de tempo de 15min e 120min. Através da análise dessas figuras verifica-
se que ambas as formulações são constituídas pelas fases cristalinas do quartzo,
hematita e mulita.
Os resultados mostram ainda que a variação da temperatura de sinterização
provoca uma redução marcante no pico principal referente à fase quartzo, indicando
a reação do óxido de silício com os óxidos fundentes, promovendo a formação de
uma fase líquida à base de sílica.
Um aspecto importante verificado em todos os difratogramas é a presença da
fase mulita que, combinada à fase vítrea que forma matriz cerâmica, tem como efeito
a melhoria das propriedades mecânicas. A formação da fase mulita em presença da
grande quantidade de fase líquida pode ser explicada pela elevada capacidade de
53 Resultados e Discussão
acomodação de cátions Ca+2, Mg+2, Fe+2, Fe+3, Na+, e K+, sem que haja a
decomposição da estrutura da referida fase.
Observa-se também que em temperaturas mais baixas a importância do
tempo de patamar é mais significativa para a formação de fase líquida.
Figura 4.2 – DRX da MB à 1000ºC por 15 min.
Figura 4.3 – DRX da MB à 1000ºC por 120 min.
54 Resultados e Discussão
Figura 4.4 – DRX do R8%à 1150ºC por 15 min.
Figura 4.5 – DRX do R8%à 1150ºC por 120 min.
55 Resultados e Discussão
4.1.3 – Ensaios Tecnológicos
4.1.3.1 – Porosidade Aparente (PAp)
De acordo com os gráficos apresentados nas Figuras 4.6 e 4.7, houve
decréscimo da PAp do corpo de prova na medida em que a temperatura do forno foi
aumentada variando de 1000ºC até 1150ºC para os períodos de tempo de
permanência no forno de 15min e de 120min.
À temperatura de 1000ºC não houve diferença significativa na PAp entre a
MB e as amostras R2%, R4% e R8%, tanto para 15min quanto para 120min de
permanência em forno. Na temperatura de 1050ºC, a diferença foi significativa
apenas para o tempo de permanência de 120min.
Já nas temperaturas de 1100ºC e 1150ºC, observou-se uma significativa
diminuição da PAp tanto para o período de tempo de 15min quanto o de 120min.
Figura 4.6 – PAp em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
56 Resultados e Discussão
Figura 4.7 – PAp em função da temperatura com 120 min. de permanência em forno.
4.1.3.2 – Massa Específica Aparente (MEA)
As Figuras 4.8 e 4.9 registram o comportamento da MEA durante os ensaios.
Pode-se observar que o aumento da MEA é relativamente proporcional ao aumento
da temperatura, ainda que essa diferença só seja significativa a partir da
temperatura de 1100ºC tanto para o tempo de 15min quanto para o tempo de
120min.
Nas temperaturas de 1000ºC e 1050ºC, não houve diferença significativa na
MEA entre a MB e as R2%, R4% e R8% para os tempos de 15min e 120min de
permanência em forno.
57 Resultados e Discussão
Figura 4.8 – MEA em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
Figura 4.9 – MEA em função da temperatura com 120 min. de permanência em forno.
58 Resultados e Discussão
Considerando a aplicação futura do novo material aliando uma melhor MEA
ao menor custo de produção em relação à eficiência energética, a amostra que
apresentou melhores resultados foi a R8% na temperatura de 1150ºC e no tempo de
15min.
4.1.3.3 – Tensão de Ruptura a Flexão (TRF)
Nas figuras 4.10 e 4.11 é possível observar que a TRF aumenta em função da
temperatura e do percentual de resíduos, mas essa diferença só é significativa a
partir da temperatura de 1100ºC, para os tempos de 15min e 120min.
Até a temperatura de 1100ºC, independente do tempo de permanência dos
corpos de prova no forno, as amostras apresentaram maior TRF e maior resistência
mecânica. À temperatura de 1150ºC, entretanto, observou-se que o R4% apresentou
maior resistência mecânica que o R8%. A explicação mais provável para tal
acontecimento está relacionada à diminuição da porosidade do R4% na temperatura
de 1150ºC por 120 min, com uma melhor sinterização do material.
59 Resultados e Discussão
Figura 4.10 – TRF em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
Figura 4.11 – TRF em função da temperatura com 120 min. de permanência em forno.
60 Resultados e Discussão
4.1.3.4 – Absorção de Água (AA)
Nas figuras 4.12 e 4.13 observa-se uma diminuição no percentual da AA na
medida em que o percentual de resíduo adicionado à MB é aumentado,
independentemente dos períodos de tempo de permanência no forno.
Nas temperaturas de 1000ºC e 1050ºC, a redução do percentual da AA entre
a MB e os corpos de prova R2%, R4% e R8% não foi significativa para os tempos de
15min e 120 min de permanência no forno, o que está coerente com os resultados
observados para a PAp.
O decréscimo do percentual de AA na MB nas temperaturas de 1000ºC e
1150ºC no tempo de 120min foi de 16%. Para as amostras R4% e R8%, quando
submetidas às mesmas condições, esse decréscimo foi de aproximadamente 19,6%.
Figura 4.12 – AA em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
A amostra R8% apresentou o menor percentual de absorção de água à
medida que a temperatura foi aumentada, tanto em 15min quanto em 120 min.
61 Resultados e Discussão
Comparando essas condições, verificou-se que, na condição de 120min e a
1150ºC, a AA teve um valor de 0,12%; assim, visando atender a requisitos de
eficiência energética, o melhor resultado encontrado foi para R8%, à temperatura de
1150ºC e tempo de permanência no forno de 15min.
Figura 4.13 – AA em função da temperatura com 120 min. de permanência em forno.
4.1.3.5 – Retração Linear de Queima (RLQ)
Observando as Figuras 4.14 e 4.15 verifica-se que há um aumento na RLQ
proporcional ao aumento do percentual de resíduo adicionado em relação a MB,
para os tempos de 15min e 120min, ainda que este só seja significativo a partir de
1100ºC.
Nas temperaturas de 1000ºC e 1050ºC, não foram observadas mudanças
significativas na RLQ independente do tempo de permanência da amostra no forno.
O melhor resultado para a retração linear foi observado em R8%, à 1150ºC
em 15 min. e permanência no forno.
62 Resultados e Discussão
Figura 4.14 – RLQ em função da temperatura com 15 min. de permanência em forno.
Figura 4.15 – RLQ em função da temperatura com 120 min. de permanência em forno.
63 Resultados e Discussão
4.1.4 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
De acordo com a Figura 4.16, a microestrutura do sistema não sofreu
alterações com relação ao tempo de queima. Alterações morfológicas dos grãos
originados da matéria prima também não foram identificadas. Observou-se ainda
que no processo de sinterização por fase líquida, agentes formadores desta fizeram
com que ocorresse uma dissolução e redistribuição de massas a partir de uma
determinada temperatura.
Figura 4.16 – Micrografias da MB à 1000ºC com tempos de queima de 15 min e 120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000.
(a) MB à 1000ºC por 15 min – x500
(b) MB à 1000ºC por 15 min – x1000
(c) MB à 1000ºC por 15 min – x2000
(d) MB à 1000ºC por 120 min – x500
(e) MB à 1000ºC por 120 min – x1000
(f) MB à 1000ºC por 120 min – x2000
64 Resultados e Discussão
Comparando a Figura 4.17 com a Figura 4.16, verificou-se que esta
apresentou alteração da microestrutura em relação à temperatura, com elevada
alteração morfológica e considerável redução de poros.
Figura 4.17 – Micrografias da MB à 1150ºC com tempos de queima de 15 min e 120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000.
Da Figura 4.18, em comparação à Figura 4.16, verificou-se que houve uma
grande mudança com relação à textura do material aditivado com os resíduos PAE;
nestas os minerais de partida, bem evidenciados na microestrutura da MB, dão
origem a uma textura fina, resultante da reação dos aditivos com estes minerais, o
que evidencia o efeito do resíduo como agente promotor de densificação.
(a) MB à 1150ºC por 15 min – x500
(b) MB à 1150ºC por 15 min – x1000
(c) MB à 1150ºC por 15 min – x2000
(d) MB à 1150ºC por 120 min – x500
(e) MB à 1150ºC por 120 min – x1000
(f) MB à 1150ºC por 120 min – x2000
65 Resultados e Discussão
Observa-se que o tempo de queima não influenciou de maneira significativa a
evolução desta microestrutura. No entanto, ampliações maiores sugerem a formação
de uma microestrutura com grãos maiores, resultado este que é esperado, visto que
o tempo de patamar favorece o crescimento dos mesmos.
Figura 4.18 – Micrografias da R8% à 1000ºC com tempos de queima de 15 min e 120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000.
A Figura 4.19, em comparação com as Figuras 4.16 e 4.17, possibilita ratificar
o efeito do resíduo favorecendo a formação da fase líquida. As Figuras 4.17c e 4.19c
mostram claramente o efeito do resíduo como agente promotor de fase líquida,
sendo que na Figura 4.19c ainda é possível verificar uma microestrutura típica de
(a) R8% à 1000ºC por 15 min – x500
(b) R8% à 1000ºC por 15 min – x1000
(c) R8% à 1000ºC por 15 min – x2000
(d) R8% à 1000ºC por 120 min – x500
(e) R8% à 1000ºC por 120 min – x1000
(f) R8% à 1000ºC por 120 min – x2000
66 Resultados e Discussão
um material rico em fase líquida com baixa porosidade e regiões formadas por uma
matriz vítrea.
A Figura 4.19f apresenta uma microestrutura bastante semelhante à figura
4.19c. Este resultado mostra que o resíduo é um aditivo eficaz da redução do tempo
de queima, contribuindo para uma evolução rápida da microestrutura final desejada.
Figura 4.19 – Micrografias da R8% à 1150ºC com tempos de queima de 15 min e 120 min e aproximações gráficas de x500, x1000 e x2000.
(a) R8% à 1150ºC por 15 min – x500
(b) R8% à 1150ºC por 15 min – x1000
(c) R8% à 1150ºC por 15 min – x2000
(d) R8% à 1150ºC por 120 min – x500
(e) R8% à 1150ºC por 120 min – x1000
(f) R8% à 1150ºC por 120 min – x2000
67 Resultados e Discussão
4.1.5 – Espectroscopia de Raios-X por Energia Dispersiva (EDS)
Apesar dos espectros EDS não mostrarem o pico de oxigênio, sabe-se que no
processo siderúrgico empregando forno elétrico, o oxigênio é soprado em alta
pressão no banho de aço líquido. Logo, é inevitável que os elementos químicos
presentes na manga aspirada pelo sistema de despoeiramento oxidem, em sua
maior parte, devido às condições termodinâmicas de alta temperatura e tempo para
reação de oxidação.
4.1.5.1 – EDS da MB com 15min e 120min de queima a 1000ºC e 1150ºC
O mapeamento por EDS das superfícies da MB, para as temperaturas de
1000ºC e 1150ºC por 15 min. e 120 min. mostrou uma distribuição uniforme dos
elementos, como apresentado nos gráficos das Figuras 4.20 a 4.23.
Nenhuma diferença significativa foi observada para os elementos, à exceção
do manganês: a amostra com menor teor de manganês apresenta a fase amorfa, o
que, consequentemente, causa a diminuição da condução de corrente.
Figura 4.20 – Micrografia com EDS da MB com 15min de queima a 1000ºC
68 Resultados e Discussão
As Tabelas 4.2 e 4.3 apresentam os dados da distribuição dos elementos da
MB obtidos à temperatura de 1000ºC para a permanência das amostras no forno por
15min e 120 min respectivamente. As Tabelas 4.4 e 4.5 apresentam os dados da
distribuição dos elementos da MB obtidos à temperatura de 1150ºC.
Tabela 4.2 – MB com 15min de queima a 1000ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 26.697 29.190
Silício 60.587 63.642
Potássio 4.180 3.153
Manganês 0.927 0.498
Ferro 4.984 2.633
Estrôncio 2.626 0.884
Figura 4.21 – Micrografia com EDS da MB com 120min de queima a 1000ºC
Tabela 4.3 – MB com 120min de queima a 1000ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 22.581 25.196
Silício 61.571 66.000
Potássio 5.263 4.052
Manganês 0.376 0.206
Ferro 5.310 2.863
Estrôncio 4.899 1.683
69 Resultados e Discussão
Figura 4.22 – Micrografia com EDS da MB com 15min de queima a 1150ºC
Tabela 4.4 – MB com 15min de queima a 1150ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 23.263 25.730
Silício 62.697 66.620
Potássio 4.738 3.616
Manganês 0.000 0.000
Ferro 4.467 2.387
Estrôncio 4.834 1.647
Figura 4.23 – Micrografia com EDS da MB com 120min de queima a 1150ºC
70 Resultados e Discussão
Tabela 4.5 – MB com 120min de queima a 1150ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 22.939 25.223
Silício 63.274 66.839
Potássio 5.498 4.171
Manganês 0.505 0.273
Ferro 4.456 2.367
Estrôncio 3.329 1.127
4.1.5.2 – EDS do R8% com 15min e 120min de queima a 1000ºC e 1150ºC
Após a incorporação de 8% do resíduo PAE foram observados nos espectros
de EDS o aparecimento de partículas de ferro metálico apresentando aspecto
brilhoso, resultante da incorporação do ferro proveniente do resíduo na formulação
padrão. De acordo com as Figuras 4.24 e 4.25, observa-se que R8%, a uma
temperatura de 1000ºC tem maior percentual de ferro, o que melhora as
características deste material para uso em revestimentos.
Figura 4.24 – Micrografia com EDS da R8% com 15min de queima a 1000ºC
As Tabelas 4.6 e 4.7 apresentam os dados da distribuição dos elementos da
amostra R8% obtidos à temperatura de 1000ºC para a permanência das amostras
71 Resultados e Discussão
no forno por 15min e 120 min respectivamente. As Tabelas 4.8 e 4.9 apresentam os
dados da distribuição dos elementos de R8% obtidos à temperatura de 1150ºC.
Tabela 4.6 – R8% com 15min de queima a 1000ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 22.099 26.025
Silício 52.800 59.734
Potássio 4.535 3.685
Manganês 0.594 0.344
Ferro 11.476 6.529
Zinco 4.882 2.373
Estrôncio 3.614 1.311
Figura 4.25 – Micrografia com EDS da R8% com 120min de queima a 1000ºC
Tabela 4.7 – R8% com 120min de queima a 1000ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 22.568 26.699
Silício 52.500 59.667
Potássio 3.442 2.810
Ferro 9.178 5.246
Zinco 8.811 4.302
Estrôncio 3.501 1.275
72 Resultados e Discussão
Nas figuras 4.26 e 4.27 foram observados menores teores de ferro do que a
R8% à 1000ºC, o que se justifica pela perda de óxido de ferro com o aumento da
temperatura de sinterização. Observou-se também que com o aumento do tempo de
15min para 120min à mesma temperatura ocorreu uma redução de 20% no teor de
ferro presente na amostra, o que representa uma perda das características do
material, além do maior consumo de energia.
Figura 4.26 – Micrografia com EDS da R8% com 15min de queima a 1150ºC
Tabela 4.8 – R8% com 15min de queima a 1150ºC
Elemento Peso % Atômico %
Sódio 5.090 6.390
Alumínio 21.893 23.419
Silício 61.328 63.025
Potássio 5.080 3.750
Ferro 6.610 3.416
73 Resultados e Discussão
Figura 4.27 – Micrografia com EDS da R8% com 120min de queima a 1150ºC
Tabela 4.9 – R8% com 120min de queima a 1150ºC
Elemento Peso % Atômico %
Alumínio 22.174 25.642
Silício 55.783 61.970
Potássio 4.262 3.401
Cálcio 1.214 0.945
Manganês 0.377 0.214
Ferro 4.253 2.376
Zinco 9.920 4.735
Estrôncio 2.017 0.718
4.2 – Análise das Propriedades Magnéticas das Amostras
O comportamento magnético das ferritas é observado quando estas são
expostas a forças físicas, que atuam como fontes de excitação revelando através da
sua resposta magnética, ou seja, sua resposta de indução magnética, suas
características e padrão magnético. Os elementos químicos que compõem esses
materiais, sua organização molecular e a estrutura cristalina formada, por sua vez,
determinam o comportamento magnético das ferritas e de outros materiais.
Ferritas que possuem estrutura cristalina tipo espinélio apresentam maior
facilidade de magnetização e desmagnetização, uma vez que a orientação
74 Resultados e Discussão
magnética de suas estruturas polares se altera com facilidade quando fontes
magnéticas ou eletromagnéticas externas atuam sobre elas e modificam seu estado
de alinhamento de partículas ou nanopartículas, estabelecendo o momento
magnético. No caso das ferritas que possuem estrutura cristalina do tipo hexagonal,
é mais difícil alterar seu estado de magnetização: em determinado momento
magnético, sob a ação ou modificação do momento de energia de uma fonte
magnética ou eletromagnética externa, a ferrita identificada como magneticamente
dura não sofre alteração imediata quando submetida a variação de campo
magnético externo, necessitando de um tempo maior para alterar o seu momento
magnético.
Através da análise e estudo das curvas de respostas magnéticas ou de
histerese magnética, constituída de diversos pontos e regiões de análise do
comportamento magnético dos materiais, que se identificam as propriedades dos
materiais magnéticos, possibilitando classificá-los e determinar em que aplicações
eles podem ser utilizados.
A dimensão da área da região central da curva determina se a ferrita é um
material magnético mole ou duro: se essa área é estreita ou significativamente
estreita, a ferrita é magneticamente mole; caso contrário, se for larga, a ferrita é
magneticamente dura. Ou seja, a área central da curva de resposta magnética
revela a concentração ou armazenamento de energia magnética do material.
No caso da ferrita magneticamente mole, em função das condições externas
da fonte excitadora e da baixa concentração de energia magnética remanente, seu
estado magnético é facilmente modificado. Considerando ainda que sob tratamento
térmico as características mecânicas dos materiais são alteradas, algumas
características magnéticas das ferritas podem ter alteradas.
4.2.1 – Ensaios Magnéticos
Os ensaios magnéticos foram realizados com magnetômetro de amostra
vibrante, com variação de campo magnético de zero a ±15kGauss, e a
magnetização mássica obtida como resposta da aplicação do campo magnético de
75 Resultados e Discussão
excitação, dada em emu/g. Para facilitar, o termo campo magnético de excitação
será tratado como campo magnético e o termo magnetização mássica como
magnetização.
Foram produzidas três amostras do material base tipo Resíduos PAE 97% +
Óxido de Lítio 3%, composto de SiO2, Fe2O3 e Al6Si2O13. A ferrita produzida como
parte integrante do material base é dada pela fórmula e proporção estequiométrica:
AlxO. Fe(2-x)O3.
As análises dessas amostras foram denominadas marrom claro, marrom
escuro e preta, correspondentes à cor final apresentada pelas amostras e que
apresentam essas características físicas em função da temperatura de sinterização:
sendo que a amostra marrom claro foi sinterizada a 1.000°C, a amostra marrom
escuro a 1.100°C e a amostra preto a 1.150°C.
4.2.2 – Análise dos Resultados
As Figuras 4.28, 4.29 e 4.30 apresentam o comportamento dessas amostras
durante as análises realizadas. Nessas curvas, o eixo horizontal apresenta a
intensidade do Campo Magnético de Excitação, ou simplesmente campo magnético
dado em Gauss e o vertical apresenta a Magnetização, dada em emu/g.
O resultado da relação entre a magnetização e o campo magnético
representa a susceptibilidade magnética do material, geralmente adimensional, mas
que, para maior formalidade dos resultados obtidos nesse trabalho, será expressa
em emu/g.G.
A Figura 4.28 apresenta a curva de resposta magnética da amostra marrom
claro.
76 Resultados e Discussão
Figura 4.28 – Curva de resposta magnética da amostra marrom claro
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-12
-8
-4
0
4
8
12
Magnetizaçao (
em
u/g
)
Campo Magnético (G)
Marrom Claro
Neste ensaio é possível identificar que a amostra marrom claro apresenta
início de saturação em 6,5 emg/g. Analisando a inclinação da curva na região
central, obtém-se uma susceptibilidade magnética em torno de 4,6x10-3emu/g.G.
A amostra marrom claro apresenta uma curva de magnetização com
inclinação constante até o limite do campo magnético de ensaio (+ 15.000 Gauss), o
que demonstra que o material possui um limite de saturação superior ao valor deste.
Na região central da curva a inclinação indica uma elevada velocidade de
resposta de transição magnética, o que sugere que esta ferrita possui alta
velocidade de orientação de campo e tem possibilidade de ser utilizada em sistemas
magnéticos ou eletromagnéticos de alta frequência.
A figura 4.29 apresenta a curva de resposta magnética da amostra marrom
escuro.
77 Resultados e Discussão
Figura 4.29 – Curva de resposta magnética da amostra marrom escuro
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Marrom EscuroM
agnetizaçao (
em
u/g
)
Campo Magnético (G)
No caso dessa amostra marrom escuro, a curva mostra o início de saturação
em 4,5 emg/g. Analisando a inclinação da curva na região central, pode-se
aproximar a susceptibilidade magnética em torno de 3,3x10-3emu/g.G.
Observa-se ainda que, nos pontos de magnetização com o campo magnético
igual a + 15.000 Gauss, a amostra apresenta a mesma inclinação de saturação, o
que indica um limite de saturação do material superior ao valor de ensaio.
A Figura 4.30 apresenta a curva de resposta magnética da amostra preto.
78 Resultados e Discussão
Figura 4.30 – Curva de resposta magnética da amostra preta
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-6
-4
-2
0
2
4
6
PretaM
agnetizaçao (
em
u/g
)
Campo Magnético (G)
Neste ensaio é possível identificar que a amostra preta apresenta início de
saturação em 2,1 emg/g.
Analisando a inclinação da curva na região central, pode-se estimar o valor da
susceptibilidade magnética em torno de 1,5x10-3emu/g.G. A partir do momento
magnético de saturação, a amostra preto apresenta a mesma inclinação de
saturação, ou seja, existe linearidade na região de saturação da amostra, o que
indica a possibilidade de diversas aplicações deste material, dentre as quais, a de
sensor magnético ou eletromagnético.
Na amostra preta a inclinação da curva de resposta magnética na região
central também apresenta uma elevada velocidade de resposta de transição
magnética que sugere que esta ferrita possui alta velocidade de orientação de
campo e pode ser utilizada em sistemas magnéticos ou eletromagnéticos de alta
frequência, porém apresenta uma limitação de magnetização em torno de 2,5 emu/g.
Como a magnetização é dada pelo produto da susceptibilidade magnética pelo
campo magnético, conclui-se que essa amostra apresenta uma susceptibilidade
magnética em torno de 1,5 x 10-3emu/g.G.
79 Resultados e Discussão
A tabela 4.10 resume os valores das temperaturas de sinterização das
amostras, limite de magnetização, campo magnético de saturação, susceptibilidade
de magnetização e susceptibilidade de saturação, obtidos a partir da análise das
curvas de magnetização.
Tabela 4.10 – Valores de temperatura, magnetização, campo magnético e susceptibilidade magnética
das amostras.
Amostra Marrom Claro Marrom Escuro Preto
Temperatura de Sinterização (ºC) 1000 1100 1150
Limite de Magnetização (emu/g) 7,5 4,5 2,5
Campo Magnético de Saturação (Gauss) 1685 1606 1568
Susceptibilidade Magnética (emu/g.G) na magnetização 4,6 x 10-3
3,3 x 10-3
1,5 x 10-3
Susceptibilidade Magnética (emu/g.G) na saturação 0,2 x 10-3
0,2 x 10-3
0,2 x 10-3
4.2.3 – Conclusões
Analisando a Tabela 4.10, considerando que todas as amostras possuem a
mesma estequiometria, verifica-se que o acréscimo da temperatura de sinterização
provocou reduções nos valores dos limites de magnetização e das susceptibilidades
magnéticas; associado ao aumento de temperatura de sinterização, ocorreram
reduções nos valores dos campos magnéticos para que as amostras atinjam os
valores limites de magnetização. Ou seja, o decaimento da magnetização indica que
o material é paramagnético, conforme literatura universal da física da matéria
condensada.
Em todas as amostras, a susceptibilidade magnética de saturação apresentou
o valor, 2,2 x 10-3emu/g.G, o que comprova que a saturação é o limite organizacional
das partículas magnéticas de alinhamento unificado (direção e sentido). Logo, a
susceptibilidade magnética de saturação independe da temperatura de sinterização
do material, ou seja, ela está relacionada com a estrutura cristalina do material,
possivelmente a estequiometria do material, o que implicará nos valores de spin e
momento magnético.
80 Resultados e Discussão
Todas as amostras apresentaram estreitamento significativo na região central
da curva de magnetização, o que indicou que a ferrita é do tipo mole, ou seja, de
fácil magnetização e desmagnetização. Além disso, revelou que as amostras de
ferrita praticamente não possuem energia magnética remanente detectável.
81
Capítulo 5
CONCLUSÕES
Os estudos para obter um material cerâmico com melhor desempenho em
função da inserção de resíduos PAE em sua composição nas proporções de R2%,
R4% e R8% foram concluídos satisfatoriamente, principalmente considerando os
requisitos de melhor porosidade aparente aliado a um menor custo de produção, em
relação à eficiência energética.
Das amostras avaliadas, a que apresentou os melhores resultados foi a
amostra com 8% de resíduos PAE adicionados à MB, R8%, para um tempo de
permanência no forno de 15min a uma temperatura de 1150ºC.
Com relação às propriedades magnéticas, verificou-se que o tratamento
térmico dado às amostras alterou algumas de suas propriedades físicas, como a
coloração, mas isso não interferiu em seu desempenho magnético. De fato, o
aspecto mais relevante dessa análise foi verificar que, mesmo diante da elevação da
temperatura de sinterização, todas as amostras apresentaram decaimento da
susceptibilidade magnética.
Sendo este um parâmetro magnético dependente da estrutura molecular
cristalina, da sua densidade mássica e volume, é correto afirmar que o acréscimo de
temperatura de sinterização desse material irá reduzir a susceptibilidade magnética.
Com relação à aplicabilidade do novo material, ainda que tenha sido a
referência para o desenvolvimento dessa pesquisa, não foi contemplada no escopo
do trabalho; novos estudos ainda precisarão ser desenvolvidos com essa finalidade.
Por ora, para que esse trabalho apresente resultados ainda mais conclusivos,
seria necessário efetuar a análise química da microestrutura para obter uma
interpretação mais completa de sua evolução estrutural.
82
Capítulo 6
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Considerando o caráter da pesquisa atual, cujo enfoque principal foi o
desenvolvimento de um material cerâmico mais resistente e de menor custo, existe
toda uma gama de pesquisas complementares que podem ser desenvolvidas e que
vão, desde a realização de novos estudos estruturais do material proposto até sua
aplicabilidade.
Dentre essas possibilidades, são algumas sugestões de trabalhos futuros:
Avaliar o impacto ambiental do material cerâmico desenvolvido.
Avaliar outras as propriedades físicas e mecânicas do material
desenvolvido para utilização em revestimento.
Realizar ensaios de absorção de radiação eletromagnética do material
com testes nas frequências de 800MHz, 1,8GHz, 2,5GHz e 3,2GHz,
utilizadas por sistemas de comunicação móveis, bem como nas
frequências de rastreamento de aeronaves.
Realizar ensaios de Magnetostricção, procedimento que pode revelar a
possibilidade de aplicação do material na área de sensores de posição.
Efetuar a análise de granulometria visando identificar se o material
possui propriedade do super-paramagnetismo, o que está diretamente
ligado ao tamanho das nanopartículas magnéticas.
Analisar o comportamento da Anisotropia Magnética e a
permeabilidade magnética das amostras.
Realizar ensaios para avaliar a permissividade elétrica das amostras,
verificando a possibilidade de sua aplicação em eletrodos.
Entre outros.
83 Referências
REFERÊNCIAS
ABNT NBR 10004. Resíduos Sólidos- Classificação. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.
______. ABNT NBR 10005. Lixiviação de Resíduos. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.
______. ABNT NBR 10006. Solubilização de Resíduos. Rio de Janeiro: ABNT,
2004.
______. ABNT NBR 7180. Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de
Janeiro: ABNT, 1984.
ACCHAR, W. Materiais Cerâmicos: Ciências e tecnologia. Natal: EDUFRN, 2000.
ACOSTA, A.; IGLESIAS, I.; AINETO, M.; ROMERO, M.; Rincón J. Ma.
WasteManag. 22, 8 (2002) 887-891.
AMORÓS, J.L.A. A operação de prensagem: considerações técnicas e sua
aplicação industrial: Parte III: variáveis do processo de compactação. Revista
Cerâmica Industrial, São Paulo, v.6, n.1, p.15-23, jan/fev.2001.
ANDRADE, F. L. F.. Estudo de formulação de massas cerâmicas provenientes
da região do Seridó-RN para a fabricação de telhas. Dissertação (Mestrado) –
Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de
PósGraduaçãoemEngenhariaMecânica, Natal, 2009.
ASTM.American Society for Testing and Materials.ASTM C-373-72.Teste method
for water absorption, bulk density, 83erâmico porosity and apparent specific
gravity of fired whiteware products.[s.l.:s.n.], 1997.
BADGER, S. R.; KNELLER, W. A. The characterization and formation of electric
arc furnace (EAF) dusts. Electric FurnaceConference, 52, CHICAGO, 1997.
Proceedings, p.95-97
BARBA, A., BELTRÁN, V., FELÍU, C., GARCÍA, J., GINÉS, F., SÁNCHEZ, E. Sanz,
V.Matérias primas para lafabricación de baldosas cerâmicas. Castellón; instituto
de Tecnologia Cerâmica, 2002.
BARROS NETO, B.; SCARMINIO, I. S; BRUNS, R. E, Como fazer experimentos.
Campinas: Ed.Unicamp, 2007.
84 Referências
BASEGIO, T.; BERUTTI, F.; BERNARDES, A.; BERGMANN, C. P.Environmental
and technical aspects of the utitlisation of tannery sludgc as a raw material for
clay products.JournaloftheEuropeanCeramicSociety, v. 22, p. 2251-2259, 2002.
BORBA, C. D. G.; NETO, J. B.; OLIVEIRA, A. P. N.; ECHUDE, E. C. F. Estudos de
matérias primas fundentes.Cerâmica Industrial, v.1, p.34-39, mar./abr., 1996.
BRASIL. Decreto n.º 8468 de 08 de setembro de 1976, que dispõe sobre a
prevenção e controle da poluição do meio ambiente. Legislação Estadual, São
Paulo, 1976, p. 460-505.
CASTRO, C. G. Estudo do aproveitamento de rejeitos ao beneficiamento do
manganês pela indústria cerâmica. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia
de Matérias) – UFOP, Ouro Preto.
CIMDINS, R.; ROZENSTRAUHA, A.; BERZINA, L.; BOSSERT, J.; BUCKER, M.
Glassceramics obtained fron industrial wast. Resources, Conservation and
Recycling. v. 29, p. 285-290, 200).
COEY, J. M. D. - Magnetism and Magnetic Materials. Cambridge University Press.
Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York,
2009.
CULLITY B. D. - Introduction to Magnetic Materials. Addison-Wesley, Reading, 1972.
COSTA, R.C. et al. Controlled reduction of red mud waste to produce active systems
for environmental applications: heterogeneous Fenton reaction and reduction of
Cr(VI). Chemosphere, 78, n. 9, p. 1116-20. Feb. 2010.
DOMINGUES, E. A.; ULHMANN, R. Appl. Clay Sci. 11 (1996) 237-249.
DONDI, M. Caracterização Tecnológica dos materiais argilosos: métodos
experimentais e interpretação de dados. Cerâmica industrial, v.11, n.3, maio/jun.
2006.
DONDI, M. Compositional parameters to evaluate feldspathic fluxes for ceramic
tiles. Tile & Brick Int., v. 10, n. 2, p. 77-82, 1994.
DUTRA, R. P. S.; VARELA, M. L.; NASCIMENTO, R. M.; GOMES, U. U.;
PASKOCIMAS, C. A.; MELO, P. T. Avaliação da potencialidade de argilas do Rio
Grande do Norte. Cerâmica Industrial, São Paulo, v.11, n.2, 2006.
85 Referências
ESTEVES, F. A. Fundamentos de Limnologia. 2.ed. Rio de Janeiro:
Interciência,1998.
FACINCANI, E. Tecnologia cerâmica. Los Ladrillos. 2º ed, Grupo
EditorialeFaenzaEditriceIberica S.L., p. 23-88 e 95-213, 1993.
FOLGUERAS, M. V.; ROSA, F. G.; LONGO, A. L.; CECHENEL, A.; HOTZA, D.;
ALARCON, O. E. Caracterização de resíduos industriais para uso na
composição de massa cerâmica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA,
43,1999, Florianópolis. Anais.São Paulo: ABCERAM, 1999.
FREITAS, F. C. G. Análises Termográficas na queima de Cerâmica vermelha,
em fornos intermitentes a gás GLP da região de Ceará-Mirim. Natal: [s.n.], 2003;
GALDINO, J. N. Influência do Teor e granulometria de calcita e da temperatura
de sinterização no desenvolvimento de massas cerâmicas para revestimento
poroso (B111). 2010. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – UFRN, Natal.
GERDAU. Relatório Social Gerdau. Disponível em:
<http://ww.gerdau.com.br/relatoriogerdau/2003/port/_pdf/relatorio-social-
gerdau2003.pdf> Acessado em 24 de julho de 2014.
GIARDULO, P. C. O nosso livro de Cerâmica. São Paulo: Polo Produções,
2005.GIOLITO, I.; IONHASHIRO, M. Nomenclatura, padrões e apresentação dos
resultados em análise térmica. São Paulo: [s.n], 2005.
GODINHO, K. O. Incorporação de resíduos de vidro em cerâmica vermelha.
2004. 122 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) -
Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, RJ, 2004.
GOLDMAN, Alex. Modem Ferrite Technology. 2ª Ed. Ferrite Technology.
Pittsburgh, PA, USA, 2006.
GOMES, C. F. A argila: “o que são e para que servem”.Lisboa: Fundação
CalousteGulbenkian, 1986.
GONZÁLEZ, A. F.; CESARI, R. M.; VICIOLI, R. O. – Materiales Magnéticos.
Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional de Mendonza –
Departamento de Electrónica, 2009.
GORINI, A. P. F; CORREA, A. R. Cerâmica para revestimentos. BNDES Setorial,
Rio de Janeiro, n. 10, P. 201-252, 1999.
86 Referências
GRILLO, F. F. Recuperação DO Zn e Fe da poeira de aciaria elétrica proveniente
da produção de aço-carbono. Dissertação de mestrado. Instituto Federal do
Espírito Santo, Vitória, 2011.
GRIM, R. E. Algumas aplicações industriais dos estudos fundamentais sobre a
mineralogia das argilas.Cerâmica, São Paulo, v.9, n.4,1963.
GUETO, I. M. Tecnologia de losmateriales Cerâmicos. Madrid: Diaz de Santos,
2005.
GUÉZENNEC, A. G.; HUBER, J. C.; PATISSON, F.; SESSIECQ, Ph.; BIRAT, J. P.; ABLITZER, D.. Dust Formation by Bubble-burst Phenomenon at the Surface of a Liquid Steel Bath. ISIJ International, v. 44, n. 8, p. 1328-1333, 2004.
INSTITUTO AÇO BRASIL. Estatísticas, 12/2013. Acesso em 26 de janeiro de 2014.
Disponível em:
<http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/numeros/estatisticas.asp?par=201312>.
INSTITUTO AÇO BRASIL. Números de Mercado: Estatísticas. Rio de Janeiro;
Brasília: Aço Brasil, julho, 2014. Disponível em:
<http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/numeros/estatisticas--
detalhe.asp?id=71>. Acesso em: 23 ago. 2014.
INSTITUTO AÇO BRASIL. Relatório de Sustentabilidade 2013. Acesso em 15 de
março de 2014. Disponível em:
<http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/sustentabilidade/downloads/relatorio_sus
tentabilidade_2013v3.pdf>.
JORDÃO, M. A. P. Curso Internacional de treinamento, em grupo em tecnologia
cerâmica, ”Cerâmica Branca” IPT/JICA, 05/1995.
JUNIOR, R. A.; DUTRA, R. P. S.; CAMPOS, L. F. A; FERREIRA, H. S.;
NASCIMENTO, R. M.; LIMA, S. J. G. Utilização de matérias primas argilosas no
desenvolvimento de materiais cerâmicos especiais: Parte 1 – caracterização.
Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.7.2, 117 – 122, 2012.
LUZ, A. B., COELHO, J. M. Feldspato. In LUZ, A. B., LINS, F. Rochas e minerais
industriais – usos e especificações. CETEM/MCT, 413-429. Rio de Janeiro, RJ,
2005.
MACHADO,A. C. M. Utilização de resíduo de tinta em pó como matéria-prima
secundária na obtenção de materiais cerâmicos. Dissertação de mestrado,
PPGEM, UFRGS. Porto Alegre, 1999.
87 Referências
MEIRA, J. M. L. Argilas: o que são, suas propriedades e classificações. Visa
consultores, comunicações técnicas, 2001.
MELLONI et al. Pó de forno de aciaria elétrica na microbiota do solo e no
crescimento de soja. Pesq. agropec. bras., Brasília, v. 36, n. 12, p. 1547-1554, dez.
2001.
MENEZES, R. R.; FERREIRA, H. S.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H. C. Cerâmica 48,
306 (2002) 92-101.
MODESTO, C.; BRISTOT, V.; MENEGAL, G. Obtenção e caracterização de
materiais cerâmicos a partir de resíduos sólidos industriais.Cerâmica Industrial,
v.8, jul./ago. 2003.
MORAES, M. L. V. N. Aproveitamento de resíduo de beneficiamento do caulim
na produção de porcelanato cerâmico. Tese de Doutorado, UFRN, 2007.
MOTTA, J. F. M.; ZANARDO, A.; CABRAL JR., M. As Matérias-Primas Cerâmicas:
Parte I – O Perfil das Principais Indústrias Cerâmicas e Seus
Produtos.Cerâmica Industrial, v.6, n.2, mar./abr, 2001.
MOTTA, J. F.M.; CABRAL JUNIOR, M.; TANNO, L. C. Panorama das Matérias-
Primas Utilizadas na Indústria de Revestimentos Cerâmicos: Desafios ao Setor
Produtivo. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 3, n. 4-6, jul./dez., 1998.
NECKEL, L. J. Processamento de telhas cerâmicas por compactação de pós e
queima em forno a rolo. Curso de Pós Graduação em Engenharia de materiais,
UFSC. Florianópolis, 2008.
NORTON, F. H., Introdução à tecnologia cerâmica, São Paulo, Edgard
BlucherLtda, 1973.
OLIVEIRA, C. F., Influência do Teor de Feldspato Espodumênio e Albita na
Sinterização de Uma Massa Cerâmica Triaxial. Dissertação de Mestrado,
Universidade Federal de São João del-Rei, 2012.
OLIVEIRA, E. R.; MARTINS, J. Emprego de resíduos siderúrgicos e pellet
feedminipelotizados na sinterização de minério de ferro. Rem: Rev. Esc. Minas,
Ouro Preto, v. 56, n. 4, pp. 249-254, dez. 2003.
PAIXÃO, L. C. Aproveitamento de Lodo de Estação de Tratamento de Água em
Cerâmica Vermelha. 2005. 129 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de
88 Referências
Materiais) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais, Rede
Temática em Engenharia de Materiais – UFOP; CETEC; UEMG, Ouro Preto, MG,
2005.
PETRUCCI, E. G.R. Materiais de construção. 6º edição. Porto Alegre: Globo, 1982.
435 p.
PINHEIRO, P. G.; FABRIS, J.D.; MUSSEL, W. N.; MURAD, E.; SCORZELLI, R. B.
Caracterização química, ocorrência e distribuição do ferro em minerais do
caulim da região do mar de Espanha (MG)<https://www.ufmg.br/prpg/dow_anais>.
PONTES, I. F.; ALMEIDA, S. L. M. Talco. In: LUZ, A. B.; LINS, F. A. F. Rochas &
minerais industriais: usos e especificações. 2. ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCT,
2008. Cap. 35. p. 793-816.
POPOVICI, V. By-Products from EAF Dust Recycling and Their Valorisation,
Bredero Shaw, Canada 5th Global Slag Conference, Brussels, 01-05 November,
2009.
PUREZA, J. C.C. Utilização de resíduos industriais de baixa granulometria em
massas cerâmicas de argila vermelha. Dissertação de Mestrado. Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004.
RAMOS, L. J. Feldspato. Balanço Mineral Brasileiro, 2001. Disponível em:
<http://www.dnpm.gov.br/assets/galeriadocumento/balancomineral2001/feldspato.pdf
>. Acesso em: 10 de maio de 2014.
REED, J.S., PrinciplesOfCeramicsProcessing. 2ª Ed.,New York: John Wiley &
Sons, Inc., 1994.
REIS, W. L.C.; VIEIRA, A.T.O.; ECHTERNACHT, J. H.; OLIVEIRA, J. R.; LONGO, L.
Reciclagem da lama fina de aciaria em pelotas metalizadas. XXXVIII Seminário de
Aciaria – Internacional, 20 a 23 de maio de 2007, Belo Horizonte, MG, Brasil.
RIBEIRO, M. M. Material particulado da planta de sinterização de usina
siderúrgica integrada em composição de massa de cerâmica vermelha. 2010.
145 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais) – Universidade
Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia.
Laboratório de Materiais Avançados, Campos dos Goytacazes, RJ, 2010.
RIELLA, H. G., FRANJNDLICH, E. U. C., DURAZZO, M. Caracterização e
utilização de fundentes em massa cerâmicas. Cerâmica Industrial, v. 7, n. 3, pp.
33-36, 2002.
89 Referências
SANTOS, G. C. G. et al. Pó-de-aciaria como fonte de zinco para o milho e seu
efeito na disponibilidade de metais pesados. Bragantia, Campinas, v. 61, n. 3, p.
257-266, dez. 2002.
SANTOS, I.S.S.; SILVA, N.I.W. Manual de cerâmica vermelha. Porto Alegre:
Sebrae/RS, 1995, 56p.
SMITH, W. F. Principio de ciência e engenharia dos materiais. 3 ed. Portugal:
McGraw-Hill, 1998.
SOBRINHO, P. J. N.; TENÓRIO, J. A. S. Geração de Resíduos Durante o
Processo de Fabricação de Ferro e Aço, In: Congresso Anual da Associação
Brasileira de Metalurgia e Materiais, 55, 2000, Rio de Janeiro, Anais. Congresso
Anual da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, São Paulo, 2000. P. 2607-
2617.
TELLES, V. B. Reciclagem da poeira de aciaria elétrica na sinterização de
minério de ferro visando a eliminação de zinco. 2010. 104 f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São
Paulo, 2010.
TUBINO,l.C.B.; BORBA,P. Etapas do processo cerâmico e sua influência no
produto final – massa, extrusão, secagem e queima. Centro de Educação
Profissional SenaiNilBettanin. Rio Grande do Sul, Novembro-2006.
VERÇOSA, E. J. Materiais de construção. V. I e II. 3º ed. Porto Alegre: Sagra,
1987.
VIEIRA, C.M.F.; FEITOSA, H.S.; MONTEIRO,S.N. Avaliação da secagem de
cerâmica vermelha através da curva de bigot. Cerâmica industrial, v.8, p. 42-46,
2003.