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Os resultados de um estudo sobre as propriedades mecânicas de seis amostras cerâmicas, identificadas como mp1 a mp6. As amostras foram doadas pela empresa pamesa brasil s.a. E foram caracterizadas em termos de sua estrutura cristalina, teores químicos e granulometria. As amostras mp1, mp2, mp4 e mp6 apresentaram predominância da fase caulinita, enquanto mp5 teve um menor percentual dessa fase. As amostras apresentaram diferentes graus de plasticidade e resistência mecânica por flexão, com mp1 e mp6 sendo as mais plásticas e as de maior resistência, respectivamente.
Tipologia: Notas de estudo
1 / 12
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Renata Arcelino da Silva
1
Verônica Cristhina de Souza Diniz
2
As propriedades dos produtos cerâmicos estão diretamente relacionadas às características
iniciais das matérias-primas, com isso é de extrema importância seu estudo para que se
obtenha um produto final com qualidade. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo
identificar a composição e estudar o comportamento físico-mecânico de diferentes matérias-
primas utilizadas na produção de cerâmicas de revestimento, possibilitando sua análise e
processamento de forma simples, controlada e reprodutível. Foram utilizadas 6 matérias-
primas não identificadas, doadas por uma indústria de revestimento cerâmico do Cabo de
Santo Agostinho. As amostras foram beneficiadas e caracterizadas por difração de raio X
(DRX), espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDX) e granulometria sedimentar.
Após as análises, as amostras foram conformadas por prensagem uniaxial e submetidas à
queima controlada na temperatura de 1000 ºC por 1h, com taxa de aquecimento de 5ºC/min.
Em seguida, foram avaliadas as propriedades tecnológicas de retração linear, absorção de
água, porosidade aparente e resistência à flexão. A partir dos resultados foi observado que as
amostras apresentaram fases cristalinas de caulinita, quartzo, mica e esmectita, além da
presença de óxidos alcalinos. Em relação às propriedades mecânicas, as amostras que
apresentaram maior índice de plasticidade e resistência mecânica por flexão foram a MP1 e
MP6, com valores de 18% e 20,45 MPa, respectivamente. Sendo assim, as matérias-primas
analisadas apresentaram características físicas adequadas para serem utilizados em diversas
aplicações na indústria de produtos cerâmicos, como por exemplo em placas de revestimento
cerâmico.
Palavras-chave: Matérias-primas. Argila. Cerâmica.
Properties of ceramic products are related to initial characteristics of raw materials, so it is
important to study them to obtain a quality product. In this study, aimed to evaluate clay
composition and study physical-mechanical behavior of different raw materials used in
production of ceramic tiles, allowing their analysis and processing in a simple, controlled and
1
Tecnólogo em Gestão da Produção Industrial - Universidade Federal Rural de Pernambuco – Unidade
Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho. 2019
2
Orientador do Trabalho de Conclusão de Curso em Gestão da Produção Industrial – Universidade Federal
Rural de Pernambuco – Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho.
standard. Six unidentified raw materials donated by a ceramic coating industry from Cabo de
Santo Agostinho were used. The samples were benefited and characterized per X-ray
diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and sedimentary particle
size. After, raw materials were uniaxial pressing and subjected to controlled burning at 1000
ºC/ 1h with rate of 5ºC / min. Then, properties were evaluated per of linear shrinkage, water
absorption, apparent porosity and flexural strength. The samples presented crystalline phases
of kaolinite, quartz, mica and smectite, besides of alkaline oxides. The mechanical properties
of samples showed the highest plasticity index (18%) and maximum strength went MP1 and
MP6, 18% and 20.45 MPa, respectively. Thus, the raw materials presented physical properties
for use in various applications in ceramic tile, such as ceramic.
Keywords: Raw materials, Clay, Ceramic.
O setor cerâmico brasileiro tem
apresentado significativo aumento de
produção nos últimos 15 anos, sendo
atualmente o terceiro maior mercado
produtor e consumidor do mundo
(TEIXEIRA et al., 2018). Dentro desse
segmento, o de revestimento cerâmico faz
parte dos que mais contribuem no mercado
da cerâmica nacional (PADRO;
BRESSIANI, 2013), sendo constituído por
empresas concentradas nas regiões sul e
sudeste, e em expansão no nordeste do
país, associada à disponibilidade local de
matérias-primas (KOTANI et al., 2019).
A argila é uma dessas matérias-
primas que representa um insumo de baixo
custo, encontrada naturalmente em grande
abundância e usada com frequência na
forma como é extraído (CALLISTER e
RETHWISCH, 2016). Trata-se de um
material natural, formado por grãos
terrosos, de granulação fina, inferior a 2
μm, constituída essencialmente de
argilominerais, podendo conter quartzo,
mica, feldspato, além de matéria orgânica e
impurezas (SANTOS, 1989).
As argilas são mineralogicamente
formadas por diversos grupos de
argilominerais, como exemplo, a caulinita,
ilita e esmectita que diferem nas estruturas
e suas possíveis substituições (OLIVEIRA
e HOTZA, 2015). Quimicamente seus
principais constituintes são os silicatos de
alumínio ou magnésio hidratados,
contendo outros elementos como ferro,
potássio, lítio e outros (SOUTO, 2009)
Sua plasticidade assume um papel
importante na fabricação de cerâmicas de
revestimento, pois relaciona o teor de
umidade necessário para preparação das
massas cerâmicas (OLIVEIRA e HOTZA,
2015). A presença da estrutura do tipo
caulinita, Al 4
Si 4
10
8,
pode favorecer
essa plasticidade, pois sua estrutura
formada por folhas tetraédricas (Si-O) e
octaédricas (Al-O/AlOH), proporcionam a
modelagem do corpo cerâmico devido à
presença de água que atua como liga para
os constituintes no estado verde
Já as matérias-primas que possuem
teor de sílica elevado como o quartzo, que
é constituído de um mineral da classe dos
silicatos com arranjo tetraédrico do tipo
SiO
4
, favorece as propriedades mecânica
das peças atuando no preenchimento, na
redução da retração, no controle da
dilatação e na distorção da peça. É também
utilizado para diminuir a plasticidade da
mistura e aumentar a permeabilidade da
peça crua (ARAÚJO, 2008).
Outras importantes matérias-primas
são as que apresentam óxidos fundentes de
metais alcalinos como K 2
O, Na 2
O e CaO,
pois favorecem a formação de fase líquida
durante a queima e proporcionam a
redução da temperatura de consolidação do
corpo cerâmico (SILVA et al., 2019). Eles
são empregados em proporções diversas
para aumentar a velocidade de sinterização
e geralmente são pouco plásticos e
resistentes a verde (SANTOS, 1989;
Ensaio de flexão em três pontos: utilizando
uma máquina universal de ensaios
mecânicos (Modelo WDW100 EB 100KN,
marca: Time Group) operando a uma
velocidade de 0,5 mm/min (MEDEIROS et
al., 2017); a resistência mecânica dos
corpos de prova sinterizados foi avaliada
através da medida do módulo de ruptura à
flexão.
Limites de Atterberg: O limite de liquidez
(LL) e limite de plasticidade (LP) foram
obtidos de acordo com as normas da
ABNT NBR 6459, (2016) e ABNT NBR
7180, (2016), respectivamente. O índice de
plasticidade (IP) é o resultado da diferença
aritmética entre os limites de liquidez e
plasticidade, sendo utilizada a Equação 4
para seu cálculo.
O fluxograma do procedimento
experimental utilizado no trabalho está
ilustrado na Figura 1.
Figura 1: Fluxograma do procedimento experimental adotado
PA (%) = ൬
M
୳
− M
ୱ
Mu − Mi
൰ x 100
A Figura 2 ilustra os resultados de
difração de raios X das matérias-primas
estudadas. Foram observadas as seguintes
fases mineralógicas: caulinita, quartzo,
esmectita e mica de acordo com as fichas
cristalográficas ICSD n° 68698, ICSD n°
162490, JCPDS nº 831808 e JCPDS n° 13-
0135, respectivamente.
Para todas as amostras foram
observadas a presença da fase da caulinita.
Segundo MORENO et al., (2016), a
caulinita ocorre nas maiorias das matérias-
primas cerâmicas e é gerada a partir da
alteração supérgena dos feldspatos e da
ilita, a qual remove parte dos elementos
fundentes aumentando a refratariedade,
porém possibilita a desagregação do
material, a diminuição da granulometria e
o aumento da plasticidade, aspecto
essencial para a conformação do material e
para as reações de sinterização.
10 20 30 40 50 60
C C
Q
M
MP
MP
MP
MP
MP
Intensidade (unid. arb.)
2 (graus)
MP
M
C
C
C
Q
Q
C
C
Q
Q Q
C
E
C: caulinita
E: esmectita
M: mica
Q: quartzo
Figura 2: Difratogramas de raios X das
matérias-primas cerâmicas.
As quantificações das fases
cristalográficas das matérias-primas
cerâmicas estão apresentadas na Tabela 1.
Como já evidenciado no DRX, a
partir da Tabela 1 foi possível observar que
as amostras MP1, MP2, MP4 e MP6,
apresentaram em sua estrutura cristalina
predominância da fase caulinita, com
percentual da fase de 76,9; 75,4; 65,7 e
53,9%, respectivamente. Contudo, a
amostra MP5 apresentou um menor
percentual de 4,9% da fase.
É possível verificar a partir das
composições químicas das matérias-primas
cerâmicas obtidas por EDX na Tabela 2,
que as amostras MP1, MP2, MP4 e MP
apresentaram teores de sílica e alumina
semelhantes, justificado pelo elevado teor
de caulinita presente na sua estrutura, essa
semelhança é devido a característica da
estrutura do filossilicato dioctaédrico do
tipo 1:1 formado por tetraedros de sílica
(SiO 4
) e folhas octaédrica de alumínio
(Al
2
3
) (CARTAXO et al., 2016).
Contudo, quantidades mais
elevadas de óxido de silício foram
percebidas nas matérias-primas MP3 e
MP5, que pode estar associado ao elevado
percentual de quartzo presente em suas
estruturas, comprovando a quantificação de
fases cristalinas apresentada na Tabela 1 e
os difratogramas de raios X (Figura 2),
onde se observa uma intensidade mais
elevada e perceptível do pico do mineral de
quartzo em detrimento dos picos
característicos da caulinita nessas
respectivas amostras.
Segundo MEDEIROS et al., (2017),
a sílica pode ser proveniente da camada
tetraédrica do argilomineral caulinita e dos
Tabela 1- Quantificação das fases cristalinas das matérias-primas cerâmicas.
Amostras
Fase cristalina (%)
Caulinita Quartzo Mica Esmectita
A Figura 4 apresenta as curvas
granulométricas das matérias-primas
cerâmicas e a Tabela 3 traduz o que pode
ser visto nessas curvas, como as frações
dos tamanhos das partículas das amostras.
Os limites de Atterberg também são
expostos na Tabela 3.
1 10 100 1000 10000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Argila Silte Areia Pedregulho
Percentual passante (%)
Diâmetro (μm)
MP
MP
MP
MP
MP
MP
Figura 4: Distribuição granulométrica das
matérias-primas cerâmicas após secagem e
desagregação.
De acordo com a Figura 4 e Tabela
3, as amostras MP2, MP4 e MP
apresentaram maior percentual de
distribuição de partícula inferior a 2 μm (x
≤ 2μm), a MP5 exibiu maior contribuição
da fração intermediaria (2 < x ≤ 20μm) e
em contrapartida, MP1 e MP3 são mais
grosseiras (x > 20 μm).
A distribuição granulométrica das
matérias-primas podem interferir
significativamente sobre a plasticidade da
massa, no preenchimento do molde e no
empacotamento do sistema (SANTOS et
al., 2017).
Partículas finas contribuem para a
plasticidade das massas cerâmicas, como
foi visto nas amostras MP2, MP4 e MP6,
que devido a maior contribuição da fração
argilosa, e consequentemente maior
reatividade, proporcionaram índices de
plasticidade mais altos, esse
comportamento também foi observado por
SILVA et al., (2018), quando avaliaram
massas cerâmicas para grés sanitários.
Porém, a amostra MP1 apresentou
maior índice de plasticidade (IP = 18%)
exibindo uma distribuição granulométrica
com 53% de fração arenosa (x > 20μm), o
que difere do esperado. Esperava-se que
esta amostra, com essa faixa
granulométrica, não possuísse plasticidade
satisfatória. Com isso, pode-se afirmar que
o fator composição química foi
preponderante ao fator distribuição de
tamanho de partícula, uma vez que essa
amostra apresentou o maior percentual da
fase da caulinita, o que lhe conferiu um
maior índice de plasticidade.
Os argilominerais do tipo caulinita
são responsáveis pela alta plasticidade das
massas cerâmicas, uma vez que suas
pequenas partículas são envelopadas por
água adsorvida em sua superfície,
proporcionando um efeito lubrificante
entre elas (SANTOS et al., 2012).
As amostras MP3 e MP
apresentaram menores índices de
plasticidade (4 e 8%), o que pode estar
relacionado com a distribuição
granulométrica, já que essas exibiram
respectivamente o maior percentual da
fração arenoso e siltosos. Além disso, essas
amostras exibiram a presença majoritária
do mineral quartzo que podem ter
Tabela 3 - Frações granulométricas dos tamanhos de partícula e limites de Atterberg (LL - liquidez e
LP plasticidade) e índice de plasticidade (IP) das matérias-primas cerâmicas.
Amostra
Distribuição de tamanho de partícula (%) Limites de Atterberg (%)
Argila (%)
x ≤ 2μm
Silte (%)
2μm < x ≤ 20μm
Areia (%)
x > 20μm
contribuído para esse comportamento.
Segundo SANTOS et al., (2016), materiais
que apresentam IP entre 1 e 7% são
considerados fracamente plásticos, de 7 a
15% são medianamente plásticos e acima
de 15% altamente plásticos. De acordo
com essa classificação, a amostra MP3 é
plasticamente fraca, MP2, MP4 e MP
apresentam plasticidade mediada e MP1 e
MP6 são altamente plásticas (IP > 15%).
GOES et al., (2014), também
mostrou que as argilas cauliníticas
apresentam valores de índice de
plasticidade que variam entre 5 a 22%,
dessa maneira MP1, MP2, MP4, MP5 e
MP6 podem apresentar características de
argilas caulinitas de alta e média
plasticidade que podem ser utilizadas para
produção de peças pelos processos de
prensagem e extrusão dentro do intervalo
observado para cerâmica vermelha
(BENNOUR et al., 2015; e SANTOS et al.,
Apesar da amostra MP5 estar na
faixa aceitável, esta apresentou índices de
plasticidades mais baixos devido à
presença da sílica na sua estrutura, assim
como a MP3, entretanto sua presença na
massa cerâmica pode colaborar para o
aumento da resistência mecânica e
diminuição de retração de queima do corpo
cerâmico, formando o chamado esqueleto
do corpo cerâmico junto a óxidos alcalinos
terrosos durante a formação de fase líquida
(SANTOS et al., 2012)
A Tabela 4 apresenta os resultados
dos ensaios tecnológicos de retração linear
(RT), absorção de água (AA), porosidade
aparente (PA) e módulo de ruptura à flexão
(MRF) sinterizados a 1000°C, das
matérias-primas cerâmicas.
Na retração linear após queima, três
fenômenos diferentes aconteceram: as
amostras MP1, MP2, MP4 e MP
apresentaram retração elevada, a amostra
MP5 apresentou retração mínima e a MP
expansão linear (MP3). Essas duas últimas
situações podem estar atreladas à presença
dos óxidos alcalinos e da sílica.
Segundo SANTOS et al., (2012),
relataram que a ação fundente desses
óxidos proporciona a diminuição de
retração de queima do corpo cerâmico,
acontecendo a densificação dos materiais
mediante a formação de fases vítreas
(fluxo viscoso), já a presença da sílica
mantém a forma estrutural regulando a
viscosidade e conservando a retração das
matérias-primas durante a formação de
fase líquida.
Em relação às matérias-primas de
elevada retração, MP1, MP2, MP4 e MP6,
presume que durante a queima ocorra à
saída da água e matéria orgânica que
proporcionaram vazios e ao longo da
sinterização possibilita o fechamento
desses poros e possíveis retrações.
Os resultados de absorção de água
após queima indicaram valores próximos
para dois grupos de matérias-primas, grupo
1: MP1, MP2 e MP3 e o grupo 2: MP4,
MP5 e MP6. No primeiro grupo a absorção
foi crescente na ordem MP2, MP1 e MP3.
A amostra MP3 apresentou elevada
absorção de água, mas pode ser reduzida
com o aumento da temperatura durante o
processamento como mostrado nos
trabalhos de KOTANI et al., 2019 que
Tabela 4: Resultados dos ensaios tecnológicos sinterizados a 1000°C de retração linear (RT), absorção
de água (AA), porosidade aparente (PA) e módulo de ruptura a flexão (MRF) das matérias-primas
cerâmicas.
Amostras RT (%) AA (%) PA (%) MRF (MPa)
e/ou redução da porosidade nas
amostras.
As matérias-primas analisadas
apresentaram características físicas
adequadas para serem utilizados em
diversas aplicações na indústria de
produtos cerâmicos, como placas de
revestimento cerâmico.
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