Processos de Fabricação Cerâmica -...

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Processos de Fabricação

Cerâmica

CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA

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Paulo César dos Santos RA: 0259144 José Gabriel dos Santos RA: 0717594

Rogério de Castro RA: 0730736 Alex Valério RA: 0864327

Gilmar de Brito RA: 0714136

Processos de Fabricação

Cerâmica

Trabalho apresentado a

disciplina de Processos Quimicos

Industrial, sob orientação da Profª.

MS Fernanda Palladino


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História Período Neolítico O homem calafetava cestos de vime Passou a fazer cestos de barro Descobriu que o fogo endurecia o barro 4.000 AC Assírios produzem a cerâmica vidrada Semitas desenvolvem o torno oleiro Séc. VII Chineses produzem porcelana Demais partes do mundo- cerâmica vermelha Séc. XVIII Surge a louça branca na Inglaterra

Introdução Os processos de fabricação empregados pelos diversos segmentos cerâmicos assemelham-se parcial ou totalmente. O setor que mais se diferencia quanto a esse aspecto é o do vidro, embora exista um tipo de refratário (eletrofundido), cuja fabricação se dá através de fusão, ou seja, por processo semelhante ao utilizado para a produção de vidro ou de peças metálicas fundidas. Esses processos de fabricação podem diferir de acordo com o tipo de peça ou material desejado. De um modo geral eles compreendem as etapas de preparação da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento. No processo de fabricação muitos produtos são submetidos a esmaltação e decoração.


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Definição Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. Consideram-se cerâmicas também os materiais cimentícios ou pozolânicos, sejam para uso na industria da construção civil, sejam os utilizados como materiais refratários

Matérias- primas

Argila Definição: Material terroso de granulação fina, que geralmente adquire plasticidade quando umedecidos com água E o que é plasticidade?É a propriedade do material úmido ficar deformado (sem romper) pela aplicação de uma tensão, permanecendo deformado quando a tensão desaparece.

Cerâmica Avançada

Vermelha Plana Refratários Louça Sanitária Porcelana

Cerâmica Tradicional

Cerâmica


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Principais tipos de argilas:

Argila altamente aluminosa: é plástica e apresenta um alto teor de óxido de alumínio, superior a 45%. Contém também hidróxido de alumínio, caulinita e/ ou halosita Flint Clay: é refratária, caulinitica ,haloisitica, podendo conter hidróxidos de alumínio. São argilas de baixa plasticidade, sendo portanto, misturadas com argilas plásticas em composições de mistura. Ball Clay: é caulinitica (50% à 80%de caulinita), contem também montmorilonita e ilita, resíduos de quartzo, mica, pequenas quantidades de ferro e substâncias orgânicas. São muito usadas em cerâmica branca. Argilas vitrificáveis: apresentam em torno de 6% de Óxidos de ferro, além de fundentes calcários e alcalinos. Vitrificam em temperaturas na faixa de 1200 à 1300ºC. São argilas plásticas. Argilas Fusíveis: Apresentam óxidos fundentes, fundem em temperaturas abaixo de 1200ºC


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Caulim É uma argila composta basicamente de caulinita e haloisita, que apresentat também pequenas quantidades de óxido de ferro e álcalis. Tem a finalidade de clarear as peças e é muito usado em porcelanas.

Feldspatos

Os feldspatos são aluminosilicatos de sódio, potássio e cálcio. São usados em massas cerâmicas como fundentes na cerâmica branca, nos esmaltes cerâmicos, massas de porcelana, fianças e outras.

Quartzo Forma pura de óxido de silício. É um material não plástico que, ao ser misturado na massas cerâmicas, diminui a plasticidade das mesmas e aumenta a resistência das peças.


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Talco É constituído principalmente por silicato hidratado de magnésio. Aumenta a resistência ao choque térmico, o que favorece ciclos de queima rápida. Aumenta também a resistência mecânica das peças.

Dolomita A dolomita é um carbonato de cálcio e magnésio, é usada na fabricação de biscoitos (peças) porosos e vidrados cerâmicos. Os óxidos de magnésio e cálcio, clareiam as massas

Filitos

São compostos de uma mistura de caulinita, mica moscovita finamente dividida e quartzo em proporções variáveis, são compostos de baixa plasticidade e são fundentes, podendo substituir o feldspato.


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PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA Grande parte das matérias-primas utilizadas na indústria cerâmica tradicional é natural, encontrando-se em depósitos espalhados na crosta terrestre. Após a mineração, os materiais devem ser beneficiados, isto é desagregados ou moídos, classificados de acordo com a granulometria e muitas vezes também purificadas. O processo de fabricação, propriamente dito, tem início somente após essas operações. As matérias-primas sintéticas geralmente são fornecidas prontas para uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste de granulometria.

PREPARAÇÃO DA MASSA Os materiais cerâmicos geralmente são fabricados a partir da composição de duas ou mais matérias-primas, além de aditivos e água ou outro meio. Mesmo no caso da cerâmica vermelha, para a qual se utiliza apenas argila como matéria-prima, dois ou mais tipos de argilas com características diferentes entram na sua composição. Raramente emprega-se apenas uma única matéria-prima. Dessa forma, uma das etapas fundamentais do processo de fabricação de produtos cerâmicos é a dosagem das matérias-primas e dos aditivos, que deve seguir com rigor as formulações de massas, previamente estabelecidas. Os diferentes tipos de massas são preparados de acordo com a técnica a ser empregada para dar forma às peças. De modo geral, as massas podem ser classificadas em:

• suspensão , também chamada barbotina, para obtenção de peças em moldes de gesso ou resinas porosas;

• massas secas ou semi-secas , na forma granulada, para obtenção de peças por prensagem;

• massas plásticas , para obtenção de peças por extrusão, seguida ou não de torneamento ou prensagem.


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FORMAÇÃO DAS PEÇAS Existem diversos processos para dar forma às peças cerâmicas, e a seleção de um deles depende fundamentalmente de fatores econômicos, da geometria e das características do produto. Os métodos mais utilizados compreendem: colagem, prensagem, extrusão e torneamento. Colagem ou Fundição Consiste em verter uma suspensão (barbotina) num molde de gesso, onde permanece durante um certo tempo até que a água contida na suspensão seja absorvida pelo gesso; enquanto isso, as partículas sólidas vão se acomodando na superfície do molde, formando a parede da peça. O produto assim formado apresentará uma configuração externa que reproduz a forma interna do molde de gesso. Mais recentemente tem se difundido a fundição sob pressão em moldes de resina porosa. Prensagem Nesta operação utiliza-se sempre que possível massas granuladas e com baixo de teor de umidade. Diversos são os tipos de prensa utilizados, como fricção, hidráulica e hidráulica-mecânica, podendo ser de mono ou dupla ação e ainda ter dispositivos de vibração, vácuo e aquecimento. Para muitas aplicações são empregadas prensas isostática, cujo sistema difere dos outros. A massa granulada com praticamente 0% de umidade é colocada num molde de borracha ou outro material polimérico, que é em seguida fechado hermeticamente e introduzido numa câmara contendo um fluido, que é comprimido e em conseqüência exercendo uma forte pressão, por igual, no molde. No caso de grandes produções de peças que apresentam seções pequenas em relação ao comprimento, a pressão é exercida somente sobre a face maior para facilitar a extração da peça, como é o caso da parte cerâmica da vela do automóvel, isoladores elétricos e outros. O princípio da prensagem isostática também está sendo aplicado para obtenção de materiais de revestimento (placas cerâmicas), onde .a punção superior da prensa é revestido por uma membrana polimérica, com uma camada interposta de óleo, que distribui a pressão de modo uniforme sobre toda a superfície ou peça a ser prensada. Outra aplicação da prensagem isostática que vem crescendo, é na fabricação de determinadas peças do segmento de louça de mesa. Extrusão A massa plástica é colocada numa extrusora, também conhecida como maromba, onde é compactada e forçada por um pistão ou eixo helicoidal, através de bocal com determinado formato. Como resultado obtém-se uma coluna extrudada, com seção transversal com o formato e dimensões desejados; em seguida, essa coluna é cortada, obtendo-se desse modo peças como tijolos vazados, blocos, tubos e outros produtos de formato regular. A extrusão pode ser uma etapa intermediária do processo de formação, seguindo-se, após corte da coluna extrudada, a prensagem como é o caso para a maioria das telhas, ou o torneamento, como para os isoladores elétricos, xícaras e pratos, entre outros.


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Torneamento Como descrito anteriormente, o torneamento em geral é uma etapa

posterior à extrusão, realizada em tornos mecânicos ou manuais, onde a peça adquire seu formato final.

ACABAMENTO Normalmente, a maioria dos produtos cerâmicos é retirada dos fornos, inspecionada e remetida ao consumo. Alguns produtos, no entanto, requerem processamento adicional para atender a algumas características, não possíveis de serem obtidas durante o processo de fabricação. O processamento pós-queima recebe o nome genérico de acabamento e pode incluir polimento, corte, furação, entre outros.

ESMALTAÇÃO E DECORAÇÃO Muitos produtos cerâmicos, como louça sanitária, louça de mesa, isoladores elétricos, materiais de revestimento e outros, recebem uma camada fina e contínua de um material denominado de esmalte ou vidrado, que após a queima adquire o aspecto vítreo. Esta camada vítrea contribui para os aspectos estéticos, higiênicos e melhoria de algumas propriedades como a mecânica e a elétrica. As composições dos esmaltes (vidrados) são inúmeras e sua formulação depende das características do corpo cerâmico, das características finais do esmalte e da temperatura de queima. Tipos de Esmaltes Os esmaltes (vidrados) podem ser classificados em cru, de fritas ou uma mistura de ambos: esmalte cru - c onstitui-se de uma mistura de matérias-primas numa granulometria bastante fina, que é aplicada, na forma de suspensão, à superfície da peça cerâmica. Na operação de queima a mistura se funde e adere ao corpo cerâmico, adquirindo o aspecto vítreo durante o resfriamento. Esse tipo de vidrado é aplicado em peças que são queimadas em temperaturas superiores a 1200 ºC, como sanitários e peças de porcelana. esmalte de fritas - o s esmaltes de fritas diferem dos crus por terem em sua constituição o material denominado de frita. Esta pode ser definida como composto vítreo, insolúvel em água, que é obtida por fusão e posterior resfriamento brusco de misturas controladas de matérias-primas. O processo de fritagem é aquele que implica na insolubilização dos componentes solúveis em água após tratamento térmico, em geral, entre 1300 ºC e 1500 ºC,


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quando ocorre a fusão das matérias-primas e a formação de um vidro. Os esmaltes contendo fritas são utilizados em produtos submetidos a

temperaturas inferiores a 1200 ºC. Preparação do Esmalte (Vidrados) A preparação do esmalte consiste basicamente das seguintes etapas:

• dosagem das matérias-primas fritadas ou não fritadas ou ambas, • moagem e homogeneização a úmido em moinho de bolas, • armazenamento em tanques com agitação

Durante a preparação do esmalte são introduzidos na suspensão um ou mais produtos químicos com a finalidade de proporcionar ou corrigir determinadas características. Entre eles podemos citar ligantes, plastificantes, defloculantes, fluidificantes, anti-espumantes, etc. Aplicação do Esmalte (Vidrados) Os esmaltes podem ser aplicados no corpo cerâmico de diferentes maneiras e que dependem da forma, do tamanho, da quantidade e da estrutura das peças, incluindo também os efeitos que se deseja obter na superfície esmaltada. Entre eles podemos citar: imersão, pulverização, campânula, cortina, disco, gotejamento e aplicação em campo elétrostático. Em muitas indústrias e dependendo do segmento cerâmico o setor da esmaltação é totalmente automatizado. Corantes Para conferir coloração aos esmaltes, são adicionados materiais denominados corantes. A formação da cor nos materiais vítreos pode ocorrer de três maneiras:

• por solução de íons cromóforos, geralmente, metais do grupo de transição (Cr, Cu, Fe, Co, Ni, Mn, U e V).

• por dispersão coloidal de metais ou metalóides ou composto químico (Ouro, Prata e Cobre).

• por dispersão de cristais coloridos (pigmentos cerâmicos). O processo de fabricação dos pigmentos cerâmicos compreende as etapas:

• pesagem, mistura e moagem das matérias-primas (óxidos e outros compostos químicos);

• acondicionamento da mistura moída em caixas refratárias; • calcinação das caixas em fornos intermitentes, túnel ou rotativo em temperaturas

que variam de 1200 ºC a 1300 ºC; • lavagem do material calcinado para eliminação de eventuais materiais solúveis; • moagem; • ensacamento, armazenamento e distribuição.

Enquanto que os óxidos corantes são pouco estáveis em temperaturas elevadas e no meio em que se encontram imersos, gerando cores pouco constantes ou reprodutíveis, os pigmentos cerâmicos são estruturas inorgânicas, as quais são capazes de desenvolver a cor e estabilizá-la em altas temperaturas e aos agentes químicos, resistindo os ataques agressivos causados pelos vidrados devido a ação fundente de seus componentes, em outras palavras são compostos insolúveis ou que sua solubilidade não é significativa.


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Decoração Muitos materiais também são submetidos a uma decoração, a qual pode ser feita por diversos métodos, como serigrafia, decalcomania, pincel e outros. Nestes casos são utilizadas tintas que adquirem suas características finais após a queima das peças.

Ambiente Institucional Aparentemente, um grande desafio que paira sobre a cadeia da cerâmica é a possibilidade futura de esgotamento da sua principal matéria-prima, a argila. Por tratar-se de um recurso natural não renovável, sua utilização requer uma atenção mais cuidadosa no processo de exploração. Outro problema, diz respeito às fontes de energia utilizadas no segmento cerâmico. A lenha ainda é a principal matriz energética do setor cerâmico. Essa fonte de energia, bastante utilizada, traz variações na queima do processo produtivo, prejudicando a uniformidade do produto cerâmico. Além disso, os resíduos da utilização da lenha no processo produtivo trazem impactos negativos ao meio ambiente O setor de louças e objetos decorativos diz respeito aos resíduos em gesso, decorrentes dos moldes fabricados. O processo produtivo exige que os moldes sejam trocados com freqüência, sendo os já utilizados descartados no meio ambiente.

Reciclagem A cerâmica já queimada não é biodegradável por reagir ao calor e a chuva, tendo como única saída ecologicamente correta a reciclagem. O descarte, que não pode ser nem reutilizado e nem reciclado é tratado (se apresentarem substancias tóxicas ou nocivas) e despejado em aterros. Alguns esmaltes utilizados no processo de fabricação cerâmico, contem metais pesados como chumbo e cádmio, e se a frita utilizada for a base de sódio, solubiliza-se em presença de água e pode contaminar o solo. Com a evolução na formulação da massa cerâmica, junto com um trabalho constante de redução de quebras (peças) nos fornos, vários testes foram feitos visando adicionar o caco moído (por processo de britagem) em percentuais reduzidos como matéria-prima, afim de reduzir a zero o descarte na natureza.


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FLUXOGRAMA


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Referências bibliográficas 1. RADO, Paul. Introducción a la tecnología de la cerámica.Omega S.ª, Barcelona, 1990. 2. BARBA,Antonio ; et al. Materias primas para la fabricación de suportes de baldosas cerámicas. Instituto de tecnología cerámica-AICE,1997. 3. GRIMSHAW, Rex W. The chemistry and physics of clay and allied ceramic material. Londom, Ernest Benn, 1971.

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