CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE ARGILA BRANCA
DO MUNICÍPIO DE SILVA JARDIM -RJ
1
2
2
1
J. L. Capitaneo , C. M. F. Vieira , S. N. Monteiro , F. T. da Silva
1
Universidade Federal do Rio de janeiro (UFRJ)
COPPE - Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiai s
Cidade Universitária, Ilha do Fundão, Centro de Tecnologia,
Bloco F, Caixa Postal 68505, [email protected]
2
Universidade Estadual Norte Fluminense (UENF)
Laboratório de Materiais Avançados (LAMAV)
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo caracterizar uma argila branca proveniente do município de Silva
Jardim- RJ visando sua utilização nos segmentos de cerâmica estrutural e revestimento cerâmico.
Inicialmente a argila foi submetida a ensaios de difração de raios- X, análises térmicas
(ATD/ATG/DTG), distribuição de tamanho de partícula, composição química e plasticidade. Em
seguida, foram preparados corpos- de-prova por prensagem uniaxial a 25 MPa para queima em
o
o
temperaturas variando de 850 C a 1250 C para determinação das seguintes propriedades
tecnológicas: retração linear, absorção de água e resistência mecânica. Os resultados mostraram que
a argila estudada apresenta características bastante adequadas para utilização em de cerâmica
vermelha e revestimento cerâmico. A argila é de predominância caulinítica, de elevada plasticidade,
baixo percentual de óxido de ferro e apresenta comportamento refratário durante a queima.
Palavras-Chaves: caracterização; argila; propriedades tecnológicas; Silva Jardim.
INTRODUÇÃO
As argilas são matérias-primas amplamente utilizadas nas composições de massas para
fabricação de produtos destinados a construção civil como tijolos, telhas e revestimentos cerâmicos,
(1,2)
dentre outros
. No caso de revestimentos cerâmicos, estes podem ser classificados de acordo com
caracterís ticas do processo, propriedades tecnológicas, aplicação, etc. A cor de queima do suporte é
um fator de grande importância tecnológica e classifica os revestimentos em produtos de cor
(3)
vermelha e produtos de cor branca . A principal diferença entre eles consiste na presença ou não de
óxidos corantes nas matérias- primas, sobretudo óxido de ferro. De uma maneira geral, pode-se
considerar argilas adequadas para fabricação de suportes claros, aquelas que apresentam percentual
máximo de Fe2 O3 de 3%. Para fabricação de porcelanato, por exemplo, o teor de óxido de ferro
máximo exigido é ainda menor para evitar contaminações cromáticas da cor natural da massa
(4)
cerâmica . No caso de produtos de cerâmica vermelha como pisos rústicos, telhas e tijolos
aparentes a tolerância é bem maior, assim como as demais características das matérias-primas e
controle de processo.
Argilas que apresentam cor de queima branca são mais raras que argilas vermelhas, sobretudo
no Brasil. Como a cor de queima não é a única propriedade importante que uma argila deve
apresentar para ser utilizada em cerâmica vermelha e/ou revestimento cerâmico, sua caracterização
é extremamente importante e contribui para identificar suas potencialidades tecnológicas.
O município de Silva Jardim, localizado na região central do Estado do Rio de Janeiro,
apresenta uma reserva de argilas brancas que foram utilizadas há décadas atrás por indústria de
revestimento cerâmico que atuava no próprio estado e atualmente é utilizada por indústrias de
revestimento cerâmico do Estado do Espírito Santo. Com a finalidade de disponibilizar maiores
conhecimentos sobre esta argila, principalmente para uso no segmento de cerâmica estrutural do
173
Estado do Rio de Janeiro, este trabalho tem por objetivo caracterizar a argila branca do município de
Silva Jardim- RJ.
MATERIAIS E MÉTODOS
o
Após a coleta de amostras na jazida, estas foram secas em estufa a 110 C, desagregadas com
almofariz de porcelana até passagem completa em peneira de 40 mesh (425 µm). Foram realizados
ensaios de difração de raios-X, composição química, ATD/ATG/DTG, distribuição de tamanho de
partículas, plasticidade e determinação de propriedades tecnológicas em funçào da temperatura de
queima.
O ensaio de difração de raios -X foi realizado em amostras em forma de pó num difratômetro
o
o
marca SHEIFERT, modelo URD 65, operando com radiação de Cu- kα, e 2θ variando de 5 a 65 .A
composição química das matérias-primas foi realizada por espectrometria de Fluorescência de RaiosX. O teor de matéria orgânica foi determinado pelo método da volumetria. A distribuição de tamanho
de partículas foi realizada por peneiramento via úmida e sedimentação pelo método de Pipeta de
Andreasen. Os ensaios de análise térmica diferencial (ATD) e termo-gravimétrica (ATG) e diferencial
termo-gravimétrica (DTG) foram realizados em instrumento de análise térmica simultânea marca TA
o
o
Instruments, modelo SDT 2960. As amostras foram aquecidas até 1150 C, com taxa de 10 C/min. A
plasticidade das matérias-primas foi obtida através da determinação dos limites de Atterberg, de
acordo com as normas NBR 6459-84 e NBR 7180-84.
Para determinação das propriedades tecnológicas, foram confeccionados corpos-de-prova
retangulares (11,43 x 2,54 x 1,0 cm) por prensagem uniaxial em matriz de aço a 25 MPa com
umidade de 8%. Os corpos -de-prova foram secos em estufa até peso constante, e queimados nas
o
temperaturas de: 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 e 1250 C, em forno mufla de
o
laboratório com taxa de aquecimento de 5 C/min e 1 hora na temperatura de patamar. O resfriamento
foi realizado por convecção natural, desligando-se o forno. As propriedades tecnológicas
determinadas foram: densidade aparente, absorção de água, retração linear, tensão de ruptura à
flexão (três pontos) e cor de queima.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com a Figura 1 é possível observar que a argila branca de Silva Jardim é de
predominância caulinítica, apresentando ainda as seguintes fases minoritárias: quartzo, mica
muscovita/ilita, microclina e gibsita. A presença de mica muscovita/ ilita e microclina (feldspato
potássico) são minerais fontes de óxidos alcalinos que atual como fundentes. Já a gibsita é um
hidróxido de alumínio e contribui para o incremento da perda ao fogo e refratariedade da argila.
174
600
Q
500
Intensidade (u.a)
C-Caulinita
Q-Quartzo
Gi-Gibsita
M/I- Mica Muscovita / Ilita
Mi - Microclina
24,9
400
12,3
C
20,25
C
300
C
M/I
Mi
18,3 M/I
9,4
200
Q
Gi
15,05
M/I
34,95
50,15
38,5
C C
30,9
C
Gi
45,8
Q
M/I32,2
Mi
41,75 C
C
100
Q
47,9
Q
55,25
C
62,2
C
59,9
C C
C
C
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
2θ
Figura 1 – Difratograma de raios-X da argila branca de Silva Jardim- RJ.
O
Observa-se de acordo com a Figura 2, que a argila apresenta um pico endotérmico a 66,94 C
O
característico de perda de água livre. Na temperatura de 268,55 C é observado um outro pico
endotérmico, associado à decomposição do hidróxido de alumínio, com perda de massa de 2,154%.
o
Na temperatura de 493,09 C ocorre uma outra reação endotérmica, devido à liberação de água de
constituição dos minerais argilosos. A perda de massa correspondente de 8,767% é um significativo
percentual de fração “argila” ou de minerais argilosos. Por fim, pode-se observar um pico exotérmico
o
na temperatura de 981,11 C, característico da decomposição da metacaulinita e formação de novas
fases.
Figura 2 – Curvas de ATD/ATG/DTG da argila branca de Silva Jardim- RJ.
A tabela I mostra o resultado da composição química da argila estudada. Observa- se que esta
argila possui um baixo teor de SiO 2 e elevado teor de Al2 O3 que indica um expressivo percentual de
fração “argila”. Isto é confirmado pelo valor de perda ao fogo obtido, de 11,44%. O elevado teor de
óxido potássio (K2 O) é proveniente da mica muscovita/ilita e do feldspato potássico (microclina)
identificados nos difratograma de raios-X. A presença deste óxido é importante e desejável, pois
contribui para a formação de fase liquida que possibilita a densificação do material. Observa-se
também que o teor de óxido de Fe 2 O3 é relativamente baixo, que sugere a indicação desta argila para
175
a fabricação de produtos com cor de queima clara. Já o teor de TiO2 pode contribuir para intensificar a
cor amarela após queima. O baixo percentual de CaO e MgO é um indicativo de ausência de
carbonatos.
Tabela I – Composição química da argila branca de Silva Jardim- RJ.
SiO2
Al2 O3 Fe 2 O3 TiO2 K2 O Na2 O CaO MgO
49,45 31,31
1,44
1,68 3,26
0,34
PF
C
0,29 0,39 11,44 0,06
A tabela II mostra os limites de Atterberg da argila estudada. O limite de plasticidade
corresponde à quantidade de água mínima necessária para que uma argila ou massa cerâmic a para
alcançar o estado plástico e, portanto, ser moldada por extrusão. Observa-se que foi obtido um valor
de 27% para a argila estudada. O limite líquido corresponde à máxima quantidade de água que uma
argila ou massa cerâmica possa conter para ser moldável no estado plástico. Já o índice de
plasticidade consiste na diferença dos limites de plasticidade e liquidez. Índices de plasticidade
abaixo de 10 pode ser problemático, pois uma pequena variação no teor de água de conformação
pode acarretar em mudança na consistência da argila ou massa cerâmica. Quanto maior o índice de
plasticidade, maior é a plasticidade e a faixa de consistência de uma argila ou massa. Para cerâmica
(5)
vermelha, são sugeridos índices de plasticidade de 10 a 20 . Para revestimento cer âmico, o índice
de plasticidade recomendado para argilas varia de acordo com o tipo de revestimento, situando- se na
(6)
faixa de 10 a 25% . Observa- se que o índice de plasticidade da argila avaliada é de 32%, que a
caracteriza como altamente plástica.
Tabela II – Limites de Atteberg da argila branca de Silva Jardim- RJ.
.
Limite de liquidez (%) Limite de plasticidade (%) Índice de plastidade (%)
59
27
32
% Passante
A Figura 3 mostra a distribuição granulométrica da argila de Silva Jardim. Observa- se um
percentual de fração “argila” de 53%, a qual é considerada abaixo de 0,002mm. Este percentual é
bastante significativo e considerado elevado para fabricação de produtos de extrusão de acordo com
(7)
o diagrama de Winkler . A fração de silte, que varia de 0,002 a 0,02, é de 19%. Já a fração
ganulométrica correspondente à areia é de 28%. Deste total, 26% é de areia fina (0,02 a 0,2 mm) e
apenas 2% de areia grossa.
0,01
0,1
Diâmetro das partículas (mm)
1
Figura 3 – Distribuição de tamanho de partícula da branca de Silva Jardim- RJ.
176
A queima de uma argila é uma etapa primordial para obtenção de produtos com aplicação em
construção civil, já que após esta etapa é que o material vai apresentar uma microestrutura
consolidada e compatível com os requisitos técnicos exigidos. A consolidação das partículas de
argilas e matérias-primas a base de silicatos ocorre principalmente devido fenômeno de sinterização
por fase líquida ou vitrificação. A formação de fase líquida se dá através da formação de eutéticos
entre os constituintes da matéria-prima, e à própria fusão de compostos. A fase líquida formada
preenche a porosidade do material e, por tensão superficial aproxima as partículas. A temperatura
tem um fator determinante na vitrificação já que possibilita um aumento na quantidade de fase líquida
formada e abaixa sua viscosidade. Uma maneira indireta de se avaliar a queima de uma argila é
através do diagrama de gresificação que mostra a variação nos valores de absorção de água e
retração linear em função da temperatura de queima. Pode-se observar de acordo com a Figura 4
que ocorre uma pequena variação nos valores de absorção de água e retração linear até a
o
temperatura de 1100 C. A partir daí, os valores de absorção de água decrescem abruptamente com o
incremento da temperatura de queima. Já para os valores de retração linear, ocorre um significativo
aumento. O aumento dos valores de retração linear e diminuição nos valores absorção de água
observados em função da temperatura de queima ocorrem devido ao incremento da vitrificação das
OC
amostras. A vitrificação é ainda mais acentuada a partir 1150 devido à fusão incongruente do
feldspato potássico.
9
20
8
18
16
6
RL
5
14
AA
4
12
3
10
2
8
Absorção de água (%)
Retração linear (%)
7
1
6
0
850
900
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250
o
Temperatura ( C)
Figura 4 – Diagrama de gresificação da argila branca de Silva Jardim- RJ.
De acordo com a figura 5, pode-se observar que ocorre um leve incremento da tensão de
o
o
ruptura à flexão da argila nas temperaturas de 850 C a 1100 C. A partir daí, ocorre um significativo
incremento (aproximadamente de 60%) da tensão de ruptura à flexão nas amostras queimadas a
o
1150 C. Como a resistência mecânica de materiais frágeis, como as argilas queimadas, é fortemente
dependente do tamanho e distribuição de defeitos como poros e trincas, e o aumento da temperatura
de queima contribui para a diminuição da porosidade, este comportamento é conseqüência do
processo de vitrificação.
177
Tensão de ruptura à flexão (MPa)
24
24
22
22
20
20
18
18
16
16
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
850
900
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250
o
Temperatura ( C)
Figura 5 – Tensão de ruptura à flexão em função da temperatura de queima da argila branca de Silva
Jardim- RJ.
CONCLUSÕES
A argila branca de Silva Jardim é uma argila altamente plástica devido ao elevado percentual
de minerais argilosos, que são de predominância caulinítica. Esta argila apresenta um significativo
percentual de óxidos alcalinos, sobretudo K2 O, provenientes da mica muscovita e feldspato potássico.
O elevado percentual de minerais argilosos de predominância caulinítica associado à presença de
gibsita, conferem um comportamento de queima refratário, com redução acentuada da porosidade a
o
1150 C devido à fusão do feldspato potássico. O teor de Fe2 O3 de 1,44% confere a esta argila uma
cor de queima clara. Com isso, a argila branca de Silva Jardim apresenta características bastante
adequadas para uso em composição de massa para cerâmica vermelha, na fabricação de produtos
claros como telhas, tijolos aparentes e pisos rústicos e para revestimento cerâmico, como pavimentos
gresificados e revestimentos porosos.
AGRADECIMENTOS
o
Os autores agradecem a FAPERJ pelo apoio para realização deste trabalho, processo n E26/151.544/2001.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
J. F. M. Motta, A. Zanardo, M. C. Junior, Cerâmica Industrial 6 (2001) 28-39.
J. F. M. Motta, M. C. Junior, L. C. Tanno, A. Zanardo, Cerâmica Industrial 7 (2002) 33-40.
A.. Barba, V. Beltrán, C. Feliu, J. Garcia, F. Ginés, E. Sánchez, V. Sanz, Matérias primas para
la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, Instituto de Tecnología Cerámica,
Castellón, Espanha (1997) 22-27.
G. Biffi, O Grês Porcelanato – manual de Fbricação e Técnicas de preparo, Faenza Editrice
do Brasil Ltda, São Paulo, Brasil (2002) 51-52.
M. F. Abajo, Manual Sobre Fabricación de Baldosas, Tejas y Ladrillos, Ed. BERALMAR S.A.
Espanha (2000) 129-130.
E. Sánchez, J. Garcia, F. Ginés, F. Negre, Cerâmica Industrial 1 (1996) 13- 22.
S. Pracidelli, F. G. Melchiades, Cerâmica Industrial 2 (1997) 31-35.
TECHNOLOGICAL CHARACTERIZATION OF A WHITE CLAY FROM
SILVA JARDIM, RJ
178
1
2
2
1
J. L. Capitâneo , C. M. F. Vieira , S. N. Monteiro , F. T. da Silva
COPPE - Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Cidade Universitária, Ilha do Fundão, Centro de Tecnologia,
Bloco F, Caixa Postal 68505, [email protected]
1
Universidade Federal do Rio de janeiro (UFRJ)
2
Universidade Estadual Norte Fluminense (UENF)
Laboratório de Materiais Avançados (LAMAV)
ABSTRACT
Clays, which present light colors afte r firing, are much priced due to their use in many industrial
segments. The objective of the present work was to characterize a white clay from municipal region of
Silva Jardim, RJ, with the purpose of using it in the structural and tile ceramic segments. Initially the
clay was submitted to X-ray diffraction, thermo-analysis (DTA/TGA/DTG), particle size and distribution
as well as chemical composition and plasticity tests. Following this characterization, specimens were
o
prepared by uniaxial pressing at 25 MPa and then fired at temperatures varying from 850 to 1250 C.
The technological properties measured were: linear shrinkage, water absorption and mechanical
strength. The results have shown that the white clay studied presents adequate characteristics for use
in structural ceramic and ceramic tiles segments. This is, predominantly, kaolinitic clay with high
plasticity, low iron oxide percent and a refractory behavior during firing.
Key-words: characterization; clay; technological properties; Silva Jardim.
179