Reproveitamento do resíduo proveniente do polimento do porcelanato na produçÃo de novos produtos cerâmicos



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REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO PROVENIENTE DO POLIMENTO DO PORCELANATO NA PRODUÇÃO DE NOVOS PRODUTOS CERÂMICOS


P.F.Santos1, C.R Calado.2, S.N. Silva1, I.P Pinheiro1

pfs_uit@yahoo.com.br (1) Departamento de Materiais e (2) Departamento de Química, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Av. Amazonas 5253, Nova Suíça, 30480-000, Belo Horizonte.

RESUMO

Visando diminuir os resíduos gerados durante o processo de produção, as indústrias de cerâmicas estão realizando inúmeras pesquisas com o objetivo de reduzir e reutilizar os resíduos gerados, além de propor uma melhoria na qualidade e na eficiência do seu processo. Durante o polimento do porcelanato são gerados grandes quantidades de resíduo. Neste trabalho o resíduo de porcelanato foi caracterizado pelas técnicas de TG, difração de raios X e fluorescência de raios X. Foi realizado um teste preliminar onde foram obtidas misturas com diferentes proporções entre o resíduo e a massa atomizada (massa de porcelanato) para se avaliar em qual proporção haveria perda das características visuais do material, dentre elas pode-se citar: trincas, rachaduras, brilho, etc. Foi observado que até o teor de 10% m/m de resíduo na massa de porcelanato não houve nenhuma alteração visual.

Palavras chave: reaproveitamento, porcelanato, resíduos, cerâmica.
INTRODUÇÃO
A indústria cerâmica tem um papel fundamental na economia do País. Segundo dados da Associação Nacional de Fabricantes da Cerâmica, o Brasil é hoje o segundo maior consumidor mundial e o segundo maior produtor (1).

O porcelanato é um revestimento cerâmico, que devido à suas características químicas e físicas tem se tornado uma alternativa a outros produtos, como por exemplo, o granito e outras pedras naturais (2). Ele é o resultado de um processo produtivo de alto padrão tecnológico, trata-se de um material cerâmico de fases cristalinas imersas em uma fase vítrea, apresentando uma estrutura compacta (3). Na composição química do porcelanato estão presentes o caulim, a argila, o feldspato, o quartzo e o talco (3). As matérias-primas cerâmicas utilizadas para a produção do porcelanato classificam-se basicamente em plásticos (materiais argilosos em geral) e os não plásticos (fundentes, inertes, carbonatos, talcos) (3).

O processo de produção do porcelanato é dividido em sete etapas distintas, iniciando-se com a seleção da matéria prima, em seguida a dosagem da matéria prima e a sua moagem, após esta etapa é realizada a atomização. O processo de atomização consiste na pulverização de um líquido viscoso, proveniente de constante agitação das matérias prima do porcelanato com água, dentro da câmara do atomizador (3) a altas temperaturas, local onde irá ocorrer a evaporação parcial da água e a moldagem da barbotina na forma esférica, que então passa a ser chamada de pó atomizado. A etapa seguinte consiste na prensagem sobre o molde por uma prensa hidráulica, onde o produto receberá as dimensões do porcelanato final, para em seguida ter a sinterização da peça, e por fim o polimento do porcelanato.

Entre todos os porcelanatos existentes, o polido é o mais produzido, em parte devido ao seu alto valor agregado (1), esse requer uma etapa de polimento que retira os riscos e defeitos e dá brilho a superfície do produto final. O processo consiste no uso de um equipamento dotado de várias cabeças polidoras de alta rotação compostas de materiais abrasivos que em contato com as peças sob velocidade controlada e presença de água, executam o polimento(4). Essa parte do processamento gera grande quantidade de resíduo, que para um descarte adequado é necessário alto investimento. Esse resíduo é constituído essencialmente por uma mistura do material cerâmico oriundo do polimento e do material abrasivo desprendido durante o processo (5).

Os abrasivos utilizados durante a etapa de polimento são constituídos, principalmente, por carbeto de silício (SiC), óxido de magnésio (MgO), cloreto de magnésio (MgCl2) e diamante.(6).

O resíduo gerado no polimento do porcelanato tem causado uma grande preocupação social e ambiental, devido ao lançamento de efluentes sólidos em aterros e outros lugares. Com o intuito de reduzir a quantidade de resíduos que estão sendo dispostos de maneira inadequada, as indústrias estão pesquisando diversas formas de reaproveitar este resíduo, além de propor uma melhoria na qualidade e na eficiência no seu processo de produção. O resíduo já vem sendo reutilizado na produção de cimento, porém, procuram-se novas reutilizações para o mesmo. O presente trabalho tem o objetivo de caracterizar todo esse material descartado, de forma a conhecer todas as suas características e comportamento, para agregar valores ao mesmo e acabar com os importunos de destino final, podendo reutilizá-lo na própria indústria cerâmica, diminuindo os custos com matéria prima.


MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização deste trabalho, foram utilizados o resíduo gerado no processo de polimento do porcelanato, conhecido como torta, e a massa atomizada.

Após a coleta da torta em uma empresa de revestimentos cerâmicos essa foi quarteada manualmente e moída para garantir uma homogeneidade e uma cominuição eficiente.

Após esta etapa, foi realizada a secagem do material e a determinação do teor de umidade da amostra. A determinação do teor de umidade no resíduo consiste em secá-lo em uma estufa a aproximadamente 115 ºC durante uma hora.

A determinação da composição química do resíduo, da massa atomizada e do polidor foi realizada empregando-se a técnica de fluorescência de raios X, (Shimadzu, EDX-720) e a determinação das fases presentes na torta e sua estrutura cristalina foi realizada pela técnica de difração de raios X, (Shimadzu, XRD - 7000).

A estabilidade térmica e o teor de carbeto de silício contido na torta foram determinados empregando-se a técnica TG (Shimadzu, DTG-60H), na qual também foi possível determinar a temperatura inicial de decomposição de carbeto de silício.

Após a caracterização da torta, foi avaliado o teor máximo de resíduo que pode ser adicionado à massa atomizada de porcelanato, conforme a Tab.1. Foram produzidos corpos de prova com dimensões de 1,0 cm de diâmetro e 0,5 cm de espessura, prensados a 54MPa. As pastilhas foram aquecidas a 115ºC por 24 horas, em seguida foram levadas a uma mufla previamente aquecida a 400°C por 40 minutos e sinterizadas a 1.200ºC por 40minutos. O resfriamento das amostras foi lento, dentro da própria mufla.



Tab. 1: Avaliação do teor máximo de resíduo que deve ser adicionado à massa atomizada.

Amostras

Massa total (g)

Massa de resíduo (g)

Massa de porcelanato (g)

1

10,00

0,05

9,95

2

10,00

0,10

9,90

3

10,00

0,20

9,80

4

10,00

0,50

9,50

5

10,00

0,70

9,30

6

10,00

1,00

9,00

Branco

10,00

0,00

10,00


RESULTADOS E DISCUSSÃO
O teor de umidade encontrado para o resíduo úmido determinado logo após o polimento foi de 30,6% m/m.

Na Tab. 2 apresenta-se a composição química do porcelanato, do polidor e do resíduo de polimento obtidos pela técnica de fluorescência de raios X.


Tab. 2: Composição química (%m/m) da torta (resíduo do polimento do porcelanato), massa atomizada (porcelanato) e do polidor.

Composto

Torta

Porcelanato

Polidor

%m/m

Desvio

%m/m

Desvio

%m/m

Desvio

SiO2

66,120

0,233

68,179

0,186

22,130

0,091

Al2O3

18,606

0,321

25,435

0,267

-

-

ZrO2

1,273

0,007

0,039

0,001

-

-

CaO

2,286

0,008

1,530

0,003

2,308

0,019

MgO

3,819

0,008

-

-

44,710

0,002

K2O

3,401

0,010

2,296

0,007

0,176

0,012

Fe2O3

1,408

0,008

1,021

0,004

4,925

0,015

TiO2

0,694

0,015

0,775

0,008

-

-

MnO

0,102

0,004

0,028

0,002

1,708

0,010

Rb2O

0,070

0,001

0,053

0,000

-

-

Y2O3

0,041

0,001

0,008

0,000

-

-

SrO

0,037

0,001

0,027

0,000

-

-

Cl

-

-

-

-

22,834

0,070

De acordo com os dados contidos na Tab.2, pode-se observar que o resíduo apresenta elevada quantidade de sílica, alumina e óxido de magnésio e baixa quantidade de óxidos fundentes (CaO, SrO, Rb2O e K2O). Comparando os valores obtidos da composição química do porcelanato e abrasivo com a do resíduo, foi possível verificar que a alumina tem como provável origem o porcelanato, o óxido de magnésio está associado à base magnesiana presente no polidor e a sílica é oriunda do porcelanato e do abrasivo advindo do polidor. Dessa forma, pode-se afirmar que o resíduo é composto principalmente pela própria massa do porcelanato e pelo resíduo gerado pelo polidor, ambos na etapa de polimento (1,5), Tab. 2. Esse resultado é justificado pelo fato que durante o processo de polimento tem-se, devido à dureza do abrasivo empregado, uma perda mássica maior do porcelanato em relação à do polidor. Esta semelhança química indica a possibilidade de realizar o reaproveitamento do resíduo gerado no processo de produção do porcelanato dentro da própria indústria.



Na Fig.1 está ilustrado o difratograma da torta ou do resíduo obtido pelo polimento do porcelanato.



Fig. 1: Difratograma da torta (resíduo do polimento de porcelanato).
A análise da Fig.1 revela que a linha base pronunciada na amostra, em ângulos baixos, se deve a quantidade de material insuficiente para cobrir totalmente a superfície da lâmina de vidro exposta à radiação.

Analisando o difratograma acima, observa-se que o resíduo é formado por uma fase vítrea (amorfa), evidenciada pela existência de um alargamento na linha base entre os ângulos 15º e 35º em 2, e fases cristalinas que foram identificadas como sendo a mulita, quartzo, carbeto de silício e uma mistura entre os óxidos de magnésio e ferro. Quando o porcelanato é queimado a partir de 1200 ºC forma-se a fase mulita (3Al2O3.2SiO2) no material. Essa fase é formada a partir de espinélios e aluminossilicatos amorfos obtidos a 980 ºC, originada das argilas que possuem como minerais argilosos a caulinita e a ilita, além de outros aluminosilicatos. De acordo com Marques (7), o porcelanato é um material constituído por uma grande quantidade de fase vítrea e fases cristalinas que podem ser detectadas por meio da técnica de difração de raios X. A fase vítrea conterá os óxidos fundentes presentes no porcelanato (Fe2O3, Na2O e K2O) que em geral se concentram na fase vítrea após o processamento (3).

Como o resíduo apresenta as mesmas fases do porcelanato, fase vítrea e fundentes, ele poderá ser usado como matéria prima na produção do porcelanato, pois fornecerá a densificação de revestimentos cerâmicos. Devido ao elevado teor de sílica existente no resíduo, será favorecida a formação de fases vítreas ricas em sílica, que possuem viscosidade mais elevada que aquelas com menores teores de sílica, o que possibilitará à minimização de efeitos de pirodeformação, que são geralmente observados em materiais submetidos a queima rápida e que possuem elevadas quantidades de fundentes em sua formulação (7).

Pela análise da curva TG, Fig.2, observa-se que o processo de decomposição do resíduo ocorre em quatro etapas distintas, identificadas por a, b, c e d, sendo que as três primeiras etapas, a, b e c, foram relacionadas à decomposição do resíduo, e a etapa d, foi relacionada à decomposição do carbeto de silício em óxido de silício, formando o resíduo final.





Fig. 2: Curva termogravimétrica do resíduo de polimento do porcelanato
Na curva termogravimétrica, Fig.2, a decomposição inicia-se à temperatura ambiente e termina à temperatura de 300,3oC, etapa a. Neste processo a amostra perde 2,74 % m/m de sua massa. A etapa b inicia-se à temperatura de 300,3ºC e termina à temperatura de 600,0oC, nesta faixa de temperatura foi observado uma perda de massa de 1,92 % m/m. A terceira etapa, identificada como sendo a etapa c, ocorre na faixa de 600,0oC a 800,9ºC, a amostra perde 0,28% m/m em massa. A decomposição do carbeto de silício em óxido de silício ocorre na faixa de temperatura de 800,9oC a 1301,9oC, sendo observada um ganho de massa de 1,93% m/m. O resíduo final representa 96,98% m/m do composto inicial. O processo de decomposição do carbeto de silício em óxido de silício pode ser representado por:

SiC(s) + O2(g) SiO2(s) + CO2(g)


Devido à liberação de gás carbônico durante a etapa de decomposição do carbeto de silício em óxido de silício, a reutilização direta do resíduo do polimento de porcelanato é inadequada. (1-6)

Empregando-se a curva termogravimétrica, baseando-se nos dados da quarta etapa do processo de decomposição do resíduo do polimento do porcelanato, o teor de carbeto de silício no resíduo é de 3,8%.



Após a caracterização da torta, conclui-se que é possível reaproveitar o resíduo obtido misturando-o a massa atomizada do porcelanato, pois em termos da composição química, da existência de materiais plásticos e não plásticos, os dois apresentam semelhanças. Após esta etapa de caracterização, foi iniciado um estudo preliminar onde se avaliou qual seria a quantidade máxima de resíduo que poderia ser adicionado à massa atomizada sem perda das propriedades, como brilho, densidade e inexistência de imperfeições como trincas e manchas. As amostras listadas na Tab.1 foram submetidas ao mesmo tratamento mecânico e térmico realizado pela empresa. Todas as amostras apresentaram o mesmo aspecto visual e não apresentaram trincas ou rachaduras quando comparadas a amostra 7, amostra referência.
CONCLUSÕES
De acordo com os dados obtidos, pode se observar que a composição química do resíduo é semelhante à da cerâmica produzida. Permitindo assim a mistura de ambos, por serem compatíveis, sem causar qualquer alteração na composição e característica do material acabado e no seu comportamento plástico e não plástico. Os testes preliminares que foram realizados com a torta e a massa atomizada constataram que até 10% m/m de resíduo pode ser adicionado à massa atomizada sem alterar as propriedades do produto acabado. Confirmando o potencial de utilização do resíduo na própria formulação de porcelanatos.

AGRADECIMENTOS
FAPEMIG, CNPQ, CEFET-MG, CECRISA, TECMAT/CEFET-MG.
REFERÊNCIAS
1. ANFACER, 2012. Disponível em: Acesso em: 9 set. 2012.

2. KUMMER, L. et al. Reutilização dos resíduos de polimento de porcelanato e feldspato na fabricação de novo produto cerâmico. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 03, n.12, p. 34 - 38, maio/jun. 2007.

3. SILVA, J. R. R. Caracterização físico-química de massas cerâmicas e suas influências nas propriedades finais dos revestimentos cerâmicos. 2005. 66f. Dissertação (Mestrado) – Engenharia e Ciência dos Materiais, Universidade Federal do Paraná, Curitiba.

4. ALVES, H. J. et al. Polimento de peças de porcelanato: avaliação da porosidade final e da resistência ao manchamento. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 15, n.02, p. 23-29, mar/abr 2010.

5. SOUZA, P. A. B. F. Estudo do comportamento plástico, mecânico, microestrutural e térmico do concreto produzido com resíduo de porcelanato. 2007. 208 f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós–Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal.

6. ROSSO, J.; CUNHA, E. S. ROJAS-RAMIREZ, R. A. Características técnicas e polimento de porcelanatos. Cerâmica Industrial, v. 10, n. 4, p. 11-14, 2005.

7. MARQUES L. N., et al.. Re-aproveitamento do resíduo do polimento de porcelanato para utilização em massa cerâmica. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande, v.2, n. 2, p. 34 – 42, 2007.

8. Otimização do preparo de amostras para análises em espectrofotômetro de fluorescência de raios-x. Disponivel em: Acesso em: 9 set. 2012.


REUSING THE RESIDUES THAT COME FROM THE POLISHING OF PORCELAIN OBJECTS DURING THE PRODUCTION OF NEW PRODUCTS MADE OF CERAMICS
Abstract
Intending to reduce the residues produced during the process of production the ceramics, factories are doing a large amount of research in order to reduce and reuse the residues produced and improve the quality and efficiency in the process. During the polishing of the porcelain objects, a great amount of residue is produced. This kind of work with porcelain objects can be described by the TG techniques, x-ray diffraction and fluorescence of x-rays. A preliminary test was made and a mix of proportions was obtained between the residues and the mass of the porcelain to figure out what's the proportion that would have a waste of the materials visual characteristics. It can name some of them: cracks, holes, brightness and etc. It was discovered that 10% m/m of residues in the mass of the porcelain had suffered no visual change.
Keywords: reuse, porcelain, residues, ceramics.



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