REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA...
Transcript of REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA...
REUTILIZAÇÃO DO REJEITO DE SIENITO COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A
CERÂMICA
(B. C. Barbosa); (B. J. P. M. Benassi); (I. C. Rosa); (I. Guedes); (J. D. Miguel);
(L. S. Oliveira); (M. P. Simonetti); (N. M. Martins); (C. D. Roveri)
Universidade Federal de Alfenas – MG
São José do Rio Pardo/SP 13720000
Rua Major Joaquim Goncalves 71 Vila Pereira
Mariana Petrocelli Simonetti [email protected]
Resumo
O proposito deste trabalho foi analisar a potencialidade do uso do rejeito da
extração de sienito como aditivo a massa padrão para fabricação de revestimentos
cerâmicos, para diminuição dos impactos ambientais. Para isso, coletaram-se
amostras e confeccionou corpos de prova de diferentes composições, envolvendo
rejeito e argila. Preparou-se 5 misturas diferentes; Mistura I (100% pó de rocha);
Mistura II (100% argila); Mistura III (25% pó de rocha e 75% argila); Mistura IV (50%
pó de rocha e 50% argila); e Mistura V (75% pó de rocha e 25% argila), onde 105
corpos foram confeccionados. Foi realizada a queima a 1000, 1080 e 1100 °C, e
determinou-se a porosidade e densidade aparente, absorção de água, medidas de
retração linear, perda de fogo, curvas de gresificação, e análise do aspecto visual.
A adição de rejeito promoveu alta porosidade e baixa retração linear de queima,
que se associa diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade.
Palavras-chave: Reutilização. Rejeito. Sienito. Cerâmica. Testes cerâmicos.
Introdução
A mineração é um dos principais fornecedores de matéria-prima para os
diversos setores existentes, o qual a torna um dos principais setores da economia de
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2226
um país. Ela gera impactos ambientais na extração do minério, como também pela
quantidade de gerados, causando impacto visual, em caso de minas a céu aberto, e
podendo provocar danos na fauna e flora local. Nas mineradoras esta geração é
bastante considerável, chegando ao aproveitamento de 2% de todo o volume
extraído, contudo em algumas empresas os rejeitos não são reaproveitados, o que
poderia prover para diminuição dos custos finais, resultando em novas matérias-
primas e produtos.
A região de Caldas, localizada no sul de Minas Gerais, possui grande
potencial minerador, sendo um dos bens minerais aqui encontrados o sienito,
proveniente do afloramento do Maciço Sienítico Pedra Branca.
No processo de extração da rocha há apenas 20% de aproveitamento segundo
representante da empresa responsável pela mina, o que ocorre, principalmente,
devido presença de rachaduras na rocha, o que impossibilita a sua comercialização.
Materiais e Métodos
Foi realizada uma visita à pedreira Café Imperial das companhias do GRUPO
TOGNI, localizada no Estado de Minas Gerais, 500 km a sudoeste de Belo
Horizonte, no Município de Caldas, com monitoramento e supervisão de um
responsável da empresa, no dia 3 de junho de 2014, com intuito de coletar
amostras.
Para cominuição da amostra de Sienito, foram utilizados dois britadores,
ambos de mandíbulas, sendo o segundo de escala menor que o primeiro.
Posteriormente, foi usado um moinho de bolas (por 60 minutos, visando diâmetro
inferior a 0,25 mm), o qual possui revestimento de alumina por dentro e esmaltado
de porcelanato por fora. A carga de corpos moedores utilizada foi de alumina (Al2O3)
de diferentes diâmetros, para não contaminar o material.
Para a distribuição granulométrica do material em análise (o rejeito de
sienito), peneirou-se em 7 malhas, sendo da mais grossa para a mais fina, temos;
ABNT #8, ABNT #10, ABNT #14, ABNT #28, ABNT #35, ABNT #45 e ABNT #60.
Os aparelhos utilizados nessa etapa se encontram nos laboratórios da Universidade
Federal de Alfenas-Campus Poços de Caldas.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2227
Para realização dos ensaios cerâmicos, utilizaram-se dois materiais base: pó de
sienito e pó da argila da Formação Corumbataí, da região de Rio Claros-SP, que é
uma argila fundente, matéria-prima utilizada pelas empresas do Polo Cerâmico de
Santa Gertrudes. Ambos 100% passantes na ABNT #60.
Foram feitas 5 misturas, constituídas de pó de sienito e argila, em diferentes
proporções (TABELA 1).
Tabela 1 - Constituição das amostras utilizadas nos ensaios cerâmicos.
Mistura Pó de rocha (%) Argila (%)
I 100 0
II 0 100
III 25 75
IV 50 50
V 75 25
Fonte: autor.
As misturas foram umidificadas com 8% em peso de água e homogeneizadas.
Posteriormente permaneceram por 24h em sacos plásticos vedados. Escolheu-se
essas misturas para obtenção de informações preliminares sobre o comportamento
cerâmico dos materiais, visando inúmeras aplicações.
Confeccionou-se 21 corpos de prova de cada mistura, por prensagem hidráulica
(Prensa MARCON) em um molde de aço de seção retangular (7,00 x 2,00 cm2),
utilizando pressão de 357 kgf/cm2. Posteriormente, foram submetidos à secagem em
estufa com circulação e renovação de ar SOLOTEST 102/221 a 60 oC.
Após a confecção aferiu-se a largura, comprimento, espessura dos corpos de prova
(utilizando paquímetro Digital Digimed) e o peso de cada um (utilizando balança
semi-analítica BIOLAB), a fim de se calcular a massa específica a seco a partir da
equação:
(A)
A queima foi realizada em um forno elétrico tipo mufla da marca JUNG, modelo
71201, 7 corpos para cada temperatura em 3 temperaturas distintas; 1000, 1080,
1100 oC.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2228
Após a queima dos corpos realizou-se novas medições, como feito anteriormente, a
fim de obter a massa específica aparente pós queima. Com os corpos sinterizados
foi possível determinar, a perda de fogo e retração linear, dadas pelas equações:
Perda ao fogo (PF) = ; (B)
Retração linear de queima (RLQ) = ;
(C)
A perda ao fogo relaciona a quantidade de massa perdida pelo corpo de
prova durante a queima. Essa massa representa perda de água absorvida e
adsorvida, assim como exalação de gases.
A retração linear de queima é relacionada à redução percentual nas
dimensões do corpo de prova, em virtude das perdas de água e gases. Fez-se
também o ensaio de absorção de água, que é o quanto um corpo de prova absorve
de água, quando exposto a ela, por períodos determinados. A absorção de água é
proporcional à porosidade do corpo de prova. Esta propriedade é obtida a partir do
seguinte cálculo:
. (D)
Através das massas dos corpos, aferidas antes e depois do ensaio, pode-se obter
também a perda de água, partindo do cálculo:
. (E)
Foram feitas curvas de gresificação, que avaliam a sensibilidade das massas
das misturas frente às variações de temperatura e condições de processamento,
como: teor de umidade, pressão de compactação e variações no processo de
secagem e queima. Essas curvas são compostas pela temperatura no eixo das
abscissas, absorção de água e retração linear de queima no eixo das ordenadas.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2229
A Figura 1 demonstra os resultados obtidos através do ensaio de distribuição
granulométrica da amostra após a cominuição.
Figura 1 - Distribuição granulométrica via peneiramento da amostra sienítica após a
cominuição.
Fonte: autor
O diâmetro das partículas foi inferior a 2,5 mm, o qual era o esperado
segundo a norma 13818, com diâmetro médio de 0,035cm.
Os corpos de prova da mistura II foram utilizados como padrão, já que estes
possuíam apenas argila em sua composição (e esta argila já possui comportamento
conhecido).
Os corpos de prova a seco apresentaram dimensões médias iguais para
todas as misturas, sendo as médias de comprimento de 7,04 cm, largura 2,012 cm,
espessura de 0,7 cm e massa de 18,7 g (a confecção dos corpos foi feitas pela
mesma pessoa).
Em relação à cor, as misturas com maior quantidade de pó de rocha
apresentaram coloração acinzentada, enquanto que as constituídas
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2230
Resultados e Discussão
predominantemente por argila apresentaram coloração marrom típica da argila.
Figura 2 – Corpos de prova de mesma mistura antes da queima (a seco) e depois da
queima. Na sequencia temos da esquerda para a direita; sendo o primeiro corpo, à
seco; o segundo após a queima de 1000°C; o terceiro após a queima de 1080°C e o
ultimo após a queima de 1100°C. As misturas estão separadas por: (a) MI (b) MII (c)
MIII (d) MIV (e) MV.
Fonte : Autor
Nas misturas com maior quantidade de pó de rocha tem-se uma pior
compactação, em função do crescente teor de não plásticos (sienito) na
composição. Devido a esse fato foi utilizado um ligante orgânico CMS
(carboximetilcelulose) na confecção dos corpos de prova.
Após a queima, corpos das misturas com maior quantidade de pó de rocha
apresentaram menor variação de dimensão, ou seja, menor retração. Quanto à cor,
houve apenas a intensificação.
Foi observada uma variação nas dimensões, sendo a Mistura II (100% argila)
a que sofreu maior variação.
Os resultados obtidos através dos ensaios cerâmicos, para os cinco tipos de
misturas, sinterizados a 1000°C, 1080°C e 1100°C estão expressos nas Figuras 3, 4,
5, 6 e 7.
Figura 3- Densidade Pós-Queima Figura 4- Retração Linear de Queima
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2231
Figura 5 – Perda ao fogo (PF) Figura 6 – Absorção de água
Figura 7 – Porosidade Aparente
Fonte: autor.
Obteve-se uma densidade aparente a seco constante para todas as misturas,
de 1,88±0,03 g/cm³. Isso ocorreu devido ao fato de que as dimensões dos corpos a
seco apresentaram médias iguais.
Após a queima, para os corpos com a presença do sienito observou-se que
os valores de densidade diminuíram (comparados às respectivas densidades a
seco), já para as misturas com maior teor de argila, aumentaram, em função de sua
maior plasticidade e apresentaram melhor compactação, ou seja, durante a queima
houve maior diminuição dos poros, assim obteve-se maior massa em menor volume.
Em relação aos corpos com maior quantidade de sienito, pode-se observar
um decréscimo nos valores de densidade, isso por que os testes foram realizados
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2232
com baixas temperaturas, assim o sienito não reagiu. Então para que a adição do pó
de rocha trouxesse um incremento na densidade seriam necessárias maiores
temperaturas de queima. A pior compactação do sienito é devido ao crescente teor
de não plásticos.
Considerando as temperaturas de queima utilizadas e as densidades obtidas
após a queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento
da temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da
porosidade na microestrutura.
Quanto à RLQ, observou que em uma mesma temperatura, há incremento
nos valores quando há a adição de sienito à argila plástica. De forma geral, a RLQ
aumenta com o aumento da temperatura, pois na queima as partículas tendem a se
aproximar, diminuindo as dimensões dos corpos de prova.
As misturas com maior porcentagem de argila apresentaram retração maior,
já as com maior porcentagem de sienito em sua composição apresentaram retração
menor, porém a Mistura M1 que é constituída apenas de sienito apresentou um
aumento da retração com o aumento da temperatura de queima. Portanto, espera-se
que com temperaturas mais altas, o sienito traga um aumento da RLQ.
Nas temperaturas testadas, o sienito agiu como estabilizador, isso pode ser
devido a contaminações na rocha com o Ferro. O que não foi possível identificar por
falta de estrutura física.
Ao considerar a PF observou valores semelhantes nas misturas I, IV e V,
sendo estes maiores do que os valores obtidos para as misturas II e III, as quais
possuem menor teor de sienito (não plástico), o que causa uma compactação não
muito boa e maiores poros, assim, com a queima é facilitado à saída de água,
matéria orgânica e fases gasosas dos corpos de prova. Observou-se
comportamento diferente apenas na mistura III, porém as diferenças se devem a
erros instrumentais.
Com o aumento da temperatura de queima, espera-se que a perda ao fogo se
estabilize, pois já terá ocorrido a eliminação de toda água, matéria orgânica e gases.
Considerando as temperaturas de queima e as densidades obtidas após a
queima, pôde-se observar que estas são proporcionais, pois com o aumento da
temperatura, a densidade aumenta ligeiramente, em função da diminuição da
porosidade na microestrutura. Ao observar a Figura 6 pôde-se ver que com o
aumento da temperatura de sinterização os corpos apresentaram menor absorção
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2233
de água como era esperado, já que quanto maior a temperatura de queima, menor é
a quantidade de poros.
Comparando os resultados obtidos para as diferentes misturas, observou-se
que a presença do sienito leva ao aumento da absorção de água pelo material, pois
promove a aglomeração com porosidade intragrãos maior.
A porosidade aparente apresentou resultados condizentes aos obtidos para a
absorção de água, também por conta dos poros maiores, os corpos de prova com
maior quantidade de sienito apresentaram maior porosidade aparente.
Com o aumento da temperatura de queima, há diminuição dos poros, por isso a
absorção de água e a porosidade aparente diminuem como ocorreu no gráfico.
Figura 8 - Curva de Gresificação dos corpos M1; M2; M3; M4 e M5 Fonte: autor.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2234
A curva de gresificação para os corpos M1 e M2, apresentou resultados
próximos aos esperados, onde as curvas de retração linear da queima são
crescentes e as curvas da absorção de água são decrescentes.
Nos corpos com mistura de argila podemos observar resultados de acordo
com o esperado, nas misturas M3 e M4. Porém os corpos M5, não apresentaram
comportamento de acordo com o esperado, o que pode ter ocorrido devido a erros
experimentais ou pela utilização de baixas temperaturas.
Observou-se que em temperaturas próximas a 1100ºC se consegue, para
todas as misturas, obter absorção de água mais baixa.
Os resultados em geral indicaram que a adição de rejeito de sienito promoveu
uma alta porosidade e baixa retração linear de queima, o que está associado
diretamente ao aumento do teor de material de baixa plasticidade na formulação.
Conclusão
Existe a possibilidade de aplicação do rejeito de sienito para a fabricação de
um novo produto, no caso à cerâmica.
Pela realização dos ensaios observou-se que a adição do rejeito de sienito
promove modificações físicas na argila padrão. Essa adição, de maneira geral, é
viável à massa cerâmica, uma vez que promove o incremento de propriedades, sem
prejuízos. A adição do rejeito, promove um acréscimo na absorção de água (e
assim, um decréscimo na retração linear de queima) dos corpos de prova (em
especial a composição M5). Porém, esse aumento pode ser positivo, relacionando
essa propriedade ao controle dimensional das peças. Visualmente, as peças
apresentam um aspecto pontuado, que pode ser minimizado pela melhor
homogeneização do sienito à massa, inclusive com modificações em sua
granulometria.
Para a finalização dos ensaios cerâmicos e atendimento às normas é
necessário à caracterização das propriedades mecânicas (podendo tirar a tensão de
ruptura e o modulo de young). Porém este ensaio não foi realizado devido à
necessidade de equipamento específico, o qual a UNIFAL-MG não possui.
Novos estudos podem ser realizados, fazendo a caracterização dos ensaios
mecânicos, o levantamento de custos para a implantação deste tipo de reúso, assim
como o cálculo de quanto rejeito seria utilizado, em quanto tempo.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2235
REUSE OF THE SYENITE REJECT AS RAW MATERIALS FOR CERAMICS
Abstract
The purpose of this study was to analyze the potential of using the waste of
syenite extraction as an additive to standard mass for the manufacture of ceramic
tiles, to reduce environmental impacts. For this, collected samples were concocted
and specimens of different compositions involving tailings and clay. It was prepared
in 5 different mixtures; Mixture I (100% Rock powder); Mixture II (100% clay); Mixture
III (25% Rock powder and 75% clay); Mixture IV (50% Rock powder and 50% clay);
Mix and V (75% powder of rock and 25% clay), where 105 proof bodies were made.
Firing was conducted at 1000, 1080 and 1100 ° C, and determined the porosity and
bulk density, water absorption, linear contraction measures loss of fire, vitrification
curves and analysis of the visual appearance. The addition of waste promoted high
porosity and low linear firing shrinkage, which is directly associated with the increase
of low moldability material content.
Keywords: Reusability. Reject. Syenite. Ceramics. ceramic tests
Referências
ALVES, J. O.; ESPINOSA, D. C. R.; TENORIO, J. A. S.. Recovery of Steelmaking
Slag and Granite Waste in the Production of Rock Wool. Mat. 2015, vol.18, n.1,
pp. 204-211.
ALVES, J.O. Processo de reciclagem da escória de aciaria e do resíduo de
corte do granito visando a produção de lã mineral. UFOP-CETEC-UEMG. Ouro
Preto: 2008.
COSTA, A.S.V. et al. Uso do resíduo de granito oriundo da serraria e polimento
como corretivo e fertilizante de solos agrícolas. UFMG – Laboratório de Química
e Fertilizantes do Solo da Universidade Vale do Rio Doce – Faculdade de Ciências
Agrárias: Governador Valadares: 2010.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2236
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral. Anuário Mineral Brasileiro:
parte II. 2010.
FARIAS, C. E. G. Mineração e meio ambiente no Brasil. Centro de Gestão e
Estudos Estratégicos – CGEE. 2002.
FRANÇA, S.C.A.; SAMPAIO, J.A. Anais do XIX ENTMME. Recife, 2002.
GERMANI, D. J. A mineração no Brasil. Centro de Gestão e Estudos
Estratégicos – CGEE. Rio de Janeiro, 2002.
LUOTO, K.; HOLOPAINEN, M.; KANGAS, J.; KALLIOKOSKI, P.; SAVOLAINEN, K.
Dissolution of Short and Long Rockwool and Glasswool Fibers by
Macrophages in Flowthrough Cell Culture1 Environmental Research . Section A,
v. 78, 1998.
LUZ, B. A.; LINS, F. A. F. Introdução ao tratamento de minérios. In: Luz, B. A.;
SAMPAIO, J. A.; FRANÇA, S. C. A. Tratamento de minérios. Rio de Janeiro,
CETEM, 2010. cap. 1, p. 3-18.
MACHADO, F. B.. Sienito. Elaborada por UNESP. Disponível em:
<http://www.rc.unesp.br/museudpm/rochas/magmaticos/sienito.html>. Acesso em: 01
jul. 2015.
MOTTA, J.F.M.; et al. As Matérias-Primas Cerâmicas. Parte II: Os Minerais
Industriais e as Massas da Cerâmica Tradicional. 2002.
MENEZES, R. R. et al. Uso de rejeitos de granitos como matérias-primas
cerâmicas. Departamento de Engenharia de Materiais – Universidade Federal da
Paraíba: Campina Grande, 2002.
SAMPAIO, J.A.; FRANÇA, S.C.A.; BRAGA, P.F.A. Rochas Minerais Industriais:
Usos e Especificações. Parte 2 – Rochas e Minerais Industriais: Usos e
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2237
Especificações. Nefelina Sienito. cap. 30. p. 663-680. Centro de Tecnologia Mineral
da Ciência e Tecnologia – CETEM. Rio de Janeiro, 2008.
SILVA, A.P.M.; VIANA, J.P.; CAVALCANTE, A.L.B.. Resíduos sólidos da atividade
de mineração. Ipea: Brasília, 2012.
SILVEIRA, M.L. et al. Produção mais limpa no tratamento de minérios:
aproveitamento de rejeitos de mineração na região de Poços de Caldas/MG.
XXV Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa & VIII
Meeting of the Southern Hemisphere on Mineral Technology, Goiânia - GO, 2013.
60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP
2238