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Guias e Dicas
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Propriedades Mecânicas de Amostras Cerâmicas: Análise de Plasticidade e Resistência, Notas de estudo de Mecânica

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

2022

Compartilhado em 07/11/2022

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CARACTERIZAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS CERÂMICAS UTILIZADAS NA
PRODUÇÃO DE PLACAS DE REVESTIMENTO EM INDÚSTRIA DO CABO DE
SANTO AGOSTINHO
CHARACTERIZATION OF CERAMIC RAW MATERIALS USED IN THE
PRODUCTION OF CERAMIC TILE INDUSTRY IN CABO DE SANTO AGOSTINHO
Renata Arcelino da Silva1
Verônica Cristhina de Souza Diniz2
RESUMO
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.
ABSTRACT
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.
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CARACTERIZAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS CERÂMICAS UTILIZADAS NA

PRODUÇÃO DE PLACAS DE REVESTIMENTO EM INDÚSTRIA DO CABO DE

SANTO AGOSTINHO

CHARACTERIZATION OF CERAMIC RAW MATERIALS USED IN THE

PRODUCTION OF CERAMIC TILE INDUSTRY IN CABO DE SANTO AGOSTINHO

Renata Arcelino da Silva

1

Verônica Cristhina de Souza Diniz

2

RESUMO

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.

ABSTRACT

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.

INTRODUÇÃO

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

O

10

(OH)

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

(ARAÚJO, 2008).

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.

IP = LL - LP (4)

O fluxograma do procedimento

experimental utilizado no trabalho está

ilustrado na Figura 1.

Figura 1: Fluxograma do procedimento experimental adotado

PA (%) = ൬

M

− M

Mu − Mi

൰ x 100

RESULTADOS E DISCUSSÃO

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

O

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

MP1 76,9 23,0 0,0 0,

MP2 75,4 24,5 0,0 0,

MP3 30,9 37,8 21,9 9,

MP4 65,7 34,2 0,0 0,

MP5 4,9 95,1 0,0 0,

MP6 53,9 46,1 0,0 0,

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

LL LP IP

MP1 22 25 53 44 26 18

MP2 57 17 26 48 34 14

MP3 17 25 58 33 29 4

MP4 44 15 41 43 32 11

MP5 34 36 30 28 20 8

MP6 54 23 23 52 35 17

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)

MP1 4,20 23,63 138,67 9,

MP2 3,69 22,38 121,63 10,

MP3 -0,60 25,98 40,70 1,

MP4 5,13 15,03 19,71 11,

MP5 1,65 15,53 36,69 6,

MP6 4,95 16,22 38,84 20,

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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