CAL e CERAMICA introdução Maio 2010 I

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALIntroduçãoIntrodução

MIN238 / 2010 – IMIN238 / 2010 – IProf. PeraltaProf. Peralta

Cal é o nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de rochas calcárias, que se apresentam sob diversas variedades, com características resultantes da natureza da matéria-prima empregada e do processamento.

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALIntroduçãoIntrodução

A cal proveniente de um calcário puro (alto teor de CaCO3) tem um alto valor industrial que aquela com maiores impurezas (óxidos de ferro, sílice e alumina), o carbonato de magnésio que também esta presente no calcário (e na cal como MgO) não é considerado uma impureza, dependendo da aplicação do produto.

A cal foi um aglomerante clássico dos materiais de construção na antiguidade. Sua matéria-prima foi o calcário, com porcentagem desprezível de argila.

A cal é fabricada a partir da queima (calcinação) do calcário (carbonato de cálcio) ou dolomito (carbonato de cálcio e magnésio).

“lembrar os slides da aula de matéria-prima para cimento”

a) siderúrgicas: usadas na fabricação de aço nos fornos de refino, regulador de pH em tratamento de águas;

b) Hidrometalurgia: clássico elevador de pH em soluções cianetadas c) celulose e papel: para regenerar a soda caústica e para branquear as polpas de papel, junto com outros reagentes;

d) açúcar: na remoção dos compostos fosfáticos, dos compostos orgânicos e no clareamento do açúcar;

e) tintas: como pigmento e incorporante de tintas à base de cal ;

f) alumínio: como regeneradora da soda ;

g) diversas: cerâmica, graxas, tijolos sílico-cal, petróleo, couro, etanol, metalurgia do cobre, produtos farmacêuticos e alimentícios e biogás.

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALAplicaçõesAplicações

As principais aplicações da cal são:

• a) tratamento de água na correção do pH, na coagulação do alume e dos sais metálicos, na remoção da sílica;

Ca(OH)2 + Ca+2 + 2HCO- 2CaCO3 + 2H2O

• b) estabilização de solos

• c) obtenção de argamassas de assentamento e revestimento como plastificante, retentor de água e de incorporação de agregados

• d) misturas asfálticas como neutralizador de acidez e reforçador de propriedades físicas (em geral, 1% das misturas);

• e) fabricação de blocos construtivos como agente aglomerante e cimentante (em geral, 5 a 7% do volume do bloco).

• f) usos diversos: precipitação do SOx dos gases resultantes da queima de combustíveis ricos em enxofre; proteção às árvores; desinfetantes de fossas; proteção à estábulos e galinheiros.

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALOutras AplicaçõesOutras Aplicações

Calcinação:

CaCO3 + calor→ CaO + CO2

Para essa reação ocorrer, a temperatura do forno deve ser de, no mínimo, 850ºC, mas a eficiência total da calcinação se dá a temperatura de 900º a 1000ºC.

A temperaturas entre 1200 e 1300°C, a cal inicia uma reação com as impurezas (clínquer) inviável para este processo.

A rocha calcária se dissocia em óxido de cálcio, liberando gás carbônico. Com relação a rocha original,. A cor da cal virgem depende do grau de pureza da rocha. Quanto mais pura, mais branca a cal.

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALProcessoProcesso

O produto da calcinação apresenta-se na forma dos grãos originais (10 a 20 cm), esta cal virgem (viva) tem maior porosidade devido aos espaços vazios deixados pelo CO2 .

• O fluxograma da fabricação da cal hidratada inicia-se na jazida, passando pelas etapas de calcinação da matéria-prima, moagem, hidratação da cal virgem, classificação granulométrica, moagem e estoque de cal hidratada.

O forno de maior utilização na fabricação de Cal é do tipo Azbe: de Cuba simples (consultar Guimarães/A Cal, 2002, 341p.).

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALTipos de fornosTipos de fornos

-Cubas simples-Cubas múltiplas-Suspensão-Leito fluidizado-Rotativos horizontais-Câmaras horizontais rotativas

Este seminário de fornos de cal será dado como seminário

A cal virgem, como se apresenta não está apta a ser utilizada na construção civil, necessitando primeiro sofrer um processo de hidratação, previamente a cal é moída:

CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor

Esta transformação produz (a) uma expansão muito grande (o Ca(OH)2 ocupa volume 20% maior que o CaO), pois este processo afeta as ligações moleculares e com isso as pedras de cal virgem se transformam em pó branco e fino rapidamente, (b) liberação de calor.

Óxido Hidróxido + calor desagregação (expansão) pó

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALProcesso de extinçãoProcesso de extinção

A Cal hidratada é separada da não-hidratada e das impurezas, o produto é de menor rendimento que a cal original porem oferece vantagens como facilidade de transporte e estocagem, evitando o envelhecimento (com CaO2 do ar) e principalmente evita o risco de explosão ou incêndio em caso de umedecesse acidentalmente (temperaturas atinge > 400°).

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALProcesso de EndurecimentoProcesso de Endurecimento

O processo de endurecimento logo da mistura com água e areia (argamassa) é lento e depende da penetração do CO2 do ar (com ajuda da água) :

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

INDUSTRIAS DE CALINDUSTRIAS DE CALCal DolomíticaCal Dolomítica

A cal dolomítica produzida a partir de calcários dolomíticos, oferece considerável dificuldade, pois durante a hidratação da cal viva (rápida), o processo da cal Dolomítica é lenta restando óxido de magnésio livre logo expande durante o endurecimento da argamassa provocando fissuras.

INDÚSTRIAS DE CERÂMICAINDÚSTRIAS DE CERÂMICA

Fragmentos cerâmicos estão associados à moradia humana desde os tempos mais antigos, assim encontram-se louças de barro fabricadas em forno de cerca de 15.000 anos. A cerâmica tradicional também chamada de argila ou de silicatos, acompanho à humanidade desarrolhando-se independentemente várias técnicas e habilidades, em diferentes culturas.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASIntroduçãoIntrodução

O maior destaque da industria cerâmica foi quando cruzou-se a química dos silicatos e a metalurgia e a física do estado sólido, alem da automatização e a computação, que na atualidade representam vários processos modernos.

Cerâmica provem da palavra grega keramos que significa “coisa queimada”.


Cimentos, cal, gessos

Vidro

AbrasivosProdutos estruturaisRefratáriosLouça vitrificada e esmaltadaCerâmica brancaMinerais cerâmicos processados

Industria:Construção – lar – sanitária MetalúrgicaAutomobilística – aerodinâmica

Cerâmica

Define-se como cerâmicos a todos os materiais inorgânicos poli-cristalinos simples ou complexos, formados pela combinação em enlaces covalentes e iônicos (predominantemente) de elementos metálicos e não metálicos (essencialmente), obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas (> 500ºC e < 1300ºC) e algumas vezes calor e pressão.


(M)—(NM) ; MgO , Al2O3

(M)—(SENM) TiC, ZrB2

(SENM)--(SENM) SiC , B4C

(SENM)--(NM) SiO2 , Si3N4

Metal (M)= Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al...Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...Sólidos elementares não-metálicos (SENM): B, P, S, C, Si, Ge.

(M)(M)(NM) BaTiO3

(M) (M)(M)(NM) YBa2Cu3O7

(M)(SENM)(SENM) Ti3Si C2


Cerâmica

A industria de cerâmicas compreendem alguns setores como:

Cerâmica estrutural; Revestimentos ; Matérias primas naturais ; Refratários ; Cerâmica técnica, especiais e outras ; Sanitários ; Louça de mesa e adorno ; Fritas, vidrados e corantes ; Matérias primas sintéticas ; Cerâmica elétrica ; Equipamentos para cerâmica ; Abrasivos.

A industria cerâmica teve grande desarrolho em +50 anos, desenvolvendo novos produtos para atender à demanda de materiais que sejam: capazes de suportar elevadas temperaturas, ter propriedades mecânicas superiores, de características elétricas especiais, características ópticas ou tenham maior proteção a agentes químicos corrosivos.

Em geral a industria cerâmica pode-se dividir segundo os seguintes produtos:1.Cerâmicas. Porcelana, louça, vasos, louça de pó de pedra e louça vitrificada2.Produtos estruturais de argila. Tijolos, tijolos de revestimento, terracota, manilhas e tubos sanitários.3.Refratários. Tijolos refratários, tijolos de sílica, de cromita, de magnesita-cromita; refratários de carbeto de silício e de zircônia; produtos de silicato de alumínio e de alumina.4.Produtos cerâmicos especiais5.Esmaltes e metal esmaltadoO vidro, o cimento e abrasivos são estudados separadamente.


Cerâmica branca: compreende produtos obtidos a partir de uma massa de coloração branca, em geral recoberta por uma camada vítrea transparente e incolor (louça de mesa, louça sanitária e isoladores elétricos).Cerâmica de revestimentos: materiais em forma de placas, usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos (azulejo, pastilhas, porcelanato, grês, lajota, piso).Cerâmica vermelha: compreende materiais com coloração avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas), e também utensílios de uso doméstico e de decoração.Materiais refratários: produtos que suportam altas temperaturas em condições específicas de processos e/ou de operação. Usados em equipamentos industriais, estão geralmente sujeitos a esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperaturas e outras adversidades. Para atingir estas especificações foram desenvolvidos vários produtos , a partir de diferentes matérias-primas ou misturas destas.

A industria cerâmica pode-se também dividir segundo as características da matéria prima e seus produtos:

Isolantes térmicos: incluem-se os refratários isolantes (funções fora dos refratários); isolantes térmicos não refratários, incluindo produtos como vermiculita expandida, sílica diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha, que podem ser utilizados, a temperaturas de até 1100ºC; fibras ou lãs cerâmicas que apresentam composições tais como sílica, sílica-alumina, alumina e zircônia, podem chegar a temperaturas de até 2000ºC ou mais;Cerâmica de alta tecnologia / cerâmica avançada: a partir de matérias-primas sintéticas de altíssima pureza, por meio de processos rigorosamente controlados e classificados de acordo com suas funções. Aplicados em naves espaciais, satélites, usinas nucleares, implantes, aparelhos de som e vídeo, suporte de catalisadores para automóveis, sensores, ferramentas de corte, brinquedos, acendedores para fogão, entre outros;Outros Fritas (ou vidrado fritado): acabamento para diversos segmentos cerâmicos. Constituídas por um vidro moído, fabricados por indústrias especializadas a partir da misturas de diferentes matérias-primas. É aplicada na superfície do corpo cerâmico que, após da queima, adquire aspecto vítreo, elevando a impermeabilidade, resistência mecânica e estética

Outros (continuação) Corantes: óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos a partir de misturas. Pigmentos são fabricados a partir das misturas, calcinação e moagem das matérias primas. Corantes são adicionados aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes colorações das mas diversas tonalidades e efeitos.

Abrasivo: parte da indústria de abrasivos é considerada como um segmento do setor cerâmico por utilizar-se matérias-primas e processos semelhantes. Os produtos mais conhecidos são o óxido de alumínio eletro-fundido e o carbeto de silício;

Vidro, cimento e cal: pelas características das matérias primas, processo, relevância econômica, são considerados à parte da cerâmica.

O vidro é um sólido amorfo (líquido super-resfriado) cuja viscosidade diminui ao aumentar a temperatura. Um vidro comercial é constituído principalmente de óxido de silício e o vidro de janela (vidro de soda) é um silicato de sódio e cálcio com 70% de óxido de silício.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASIntrodução (vidro)Introdução (vidro)

Os vidros e cerâmicas apresentam escoamento quando são submetidos a esforços (Fluência) . É considerável nos vidros a temperaturas baixas e a altas temperaturas nas cerâmicas.

- Os líquidos que dão origem aos vidros possuem uma estrutura reticular polimerizada com baixo número de coordenação (ordem em pequenas distancias).- Inorgânico (vidros comerciais)ou orgânicos (polímeros com características dos vidros).


Extração das Matérias-Prima

Classificação

Mistura

Conformação

Secagem

Queima

Colagem (Vazamento)

Extrusão

Prensagem

Pré-aquecimento

Sinterização

Resfriamento

+Processo de

fabricação das cerâmicas tradicionais

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primasMatérias primas

No geral a industria cerâmica utiliza como matéria prima uma extensa variedade de produtos de tipo:

Naturais: Argilas Vermelhas, Argilitos, Siltitos, Filitos, Agalmatolitos, Caulins, Talcos, Feldspatos, Quartzos, Calcários.

Beneficiadas: Filitos, Agalmatolitos, Caulins, Talcos, Feldspatos, Magnesitas, Argilas Refratárias, Alumina, Chamotes. Sintéticas: Alumina, Óxidos, Esmaltes, Fritas, Cimento alumínico, Carbeto de silício, Espinélio, Mulita, Sílica ativa

A formulação em qualquer cerâmica tradicional é constituída de dois elementos principais: o material plástico, constituído de caulim mais outras argilas, e o material duro, constituído de sílica e feldspato. O constituinte plástico permite que o corpo cerâmico seja moldado, enquanto os constituintes duros permitem ao corpo cerâmico sua forma, após a queima.

As argilas são a espinha dorsal da cerâmica, estes materiais naturais estão constituídos por um teor de partículas essencialmente de pequenas dimensões, de origem residual chamados “minerais de argila”, estes minerais consistem de silicatos hidratados de reticulado (ou rede cristalina) em camadas (lamelar), ou de estrutura fibrosa, constituída por folhas , planos ou camadas de tetraedros SiO4, ordenadas em forma hexagonal, condensados com folhas ou camadas octaédricas.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Argilo-MineraisMatérias primas – Argilo-Minerais

Esquema de um silicato lamelar T:O:T (2:1)

Junto coma as argilas que se utilizam comercialmente, estão presentes quantidades variáveis de feldspato, quartzo, micas e outras impurezas como óxidos de ferro.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – ArgilasMatérias primas – Argilas

Do ponto de vista cerâmico, as argilas são plásticas e moldáveis quando suficientemente moídas e úmidas, são rígidas quando secas, e vitrosas quando queimadas numa temperatura suficientemente elevada (fusão a 1785°C, com retração). Os processos de fabricação dependem destas propriedades.

Existem muitas espécies minerais classificadas como argilominerais, porém as mais importantes são :

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – ArgilasMatérias primas – Argilas

Caulinita (mineral básico): Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O principal constituinte dos caulins. Montmorilonita (alta plasticidade): [(Mg, Ca)O . Al2O3 . 5SiO2 . nH2O ] principal constituinte das bentonitas .

Ilita: (K2O, MgO, Al2O3 . SiO2 . 2H2O) em proporções variáveis.

As argilas são escolhidas pelas propriedades particulares e muitas vezes são misturadas para ter um melhor resultado.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Argilas – Classificação segundo o usoMatérias primas – Argilas – Classificação segundo o uso

A. Argilas que queimam com a cor branca (cerâmica branca)1. Caulins

a) Residualb) Sedimentar

2. Argilas tipo ball clay (muito plásticas e finas, para misturar; podem ser cinzas ou pretas, mas queimadas são brancas)

B. Argilas refratárias (ponto de fusão acima de 1600°C, queimadas não são necessariamente brancas)

1. Caulim (sedimentar)2. Argilas refratárias

a) Sílica (flint)b) Plástica

3. Argilas de alta aluminaa) Gibsitab) Diásporo

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Argilas – Classificação segundo o usoMatérias primas – Argilas – Classificação segundo o uso

C. Argilas para materiais de construção civil ou cerâmica vermelha (de baixa plasticidade, porém contendo fundentes)

1. Argila e folhelhos para tijolo de pavimento2. Argilas e folhelhos para manilhas3. Argilas e folhelhos para telhas e tijolos furados

D. Argilas para louça de pó de pedra (plástica, contendo fundentes)

E. Argilas para tijolos (plástica, contendo óxido de ferro)1. Argilas para terracota2. Tijolo comum e para revestimento

F. Argilas fundentes (contendo mais óxido de ferro)

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Argilas - propriedadesMatérias primas – Argilas - propriedades

Propriedades do material natural- Tamanho da partícula- Forma das partículas- Capacidade de troca de cátions- Minerais acessórios- Matéria orgânica- Cor- Composição química Propriedades plásticas- Limites de liquides e plasticidade Propriedades das argilas secas- Retração de secagem- Tensão ou módulo de ruptura à flexão no estado secoDesagregabilidade em água (slaking) Propriedades de queima

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Argilas – Caulim Matérias primas – Argilas – Caulim

O termo caulim é utilizado para denominar a rocha que contém a caulinita, como seu principal constituinte.

Além de conferir uma certa cor branca à massa cerâmica (alvura), o caulim é um suporte fundamental de óxido de alumínio, a temperaturas superiores a 1000°C, o caulim se converte em mulita Al4(Si4O10)(OH) (Al2O3.2SiO2), formando uma fase vítrea , que atua como esqueleto para os produtos resultantes. Além de contribuir para o aumento da resistência mecânica e redução da deformação piroplástica durante o processo de queima.

As partículas de caulinita são maiores que das argilas plásticas (na mistura), elas aceleram o processo de moldagem da massa cerâmica (mais permeáveis).

Temperatura °C

Retração Porosidade Efeitos térmicos

Perda de peso

Petrografia

20 – 100 - Alta - Pequena Caulinita

100 – 400 - Alta - Pequena Caulinita

400 – 500 Baixa Alta Grande absorção

Muito grande Quebra de cristais

500 – 900 Média Alta - Pequena Metacaulinita

900 – 1000 Alta Média Grande evolução

- Mulita

1000 – 1150 - Média - - Crescimento de mulita

1150 - 1200 Alta Redução rápida

Pequena evolução

- Mulita e cristobalita


Variações térmicas em caulim

Matérias primas – L. Vermelha (70%) + Caulim (30%) Matérias primas – L. Vermelha (70%) + Caulim (30%)

Existem três tipos comuns de feldspatos, os potássicos (K2O. Al2O3.6SiO2) , os sódicos (Na2O.Al2O3.6SiO2) e os cálcicos (CaO.Al2O3.6SiO2) utilizados nos produtos cerâmicos principalmente como fundentes nas formulas cerâmicas (fusão a 1150°C).São os principais constituintes de muitas rochas ígneas e em rochas metamórficas como gneis.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – FeldspatosMatérias primas – Feldspatos

As industrias de cerâmica e vidro representam os principais campos de aplicação do feldspato.Usa-se também o feldspato como carga (filler), nas industrias de tinta, plástico e borracha.

A indústria cerâmica utiliza feldspato em quantidades que variam segundo o tipo de produto:

A porcelana de mesa pode conter entre 17 e 20% A cerâmica de piso entre 55 e 60%Revestimentos de paredes entre 0 a 11%Porcelana elétrica entre 25 a 35%

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Feldspatos – Usos nas cerâmicas Matérias primas – Feldspatos – Usos nas cerâmicas

Na industria cerâmica o feldspato é representado por dois minerais:

- albita (NaAlSiO8), feldspato sódico, - ortoclásio ou microclínio, feldspato potassico.

A Anortita, feldspato cálcico, é raramente usado, pelo suas característica s refratarias.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Feldspatos – Usos nas cerâmicas Matérias primas – Feldspatos – Usos nas cerâmicas

Os feldspatos sódicos (K/Na < 1/3) são caracterizados por apresentar baixo ponto de fusão (1170°C) e uma fusão abrupta, e retração e fusibilidade com viscosidade baixa utilizadas em cerâmicas com deformação como cerâmicas sanitárias, pavimentos e revestimentos.

Os feldspatos potássicos (K/Na > 3) tem um ponto de fusão mais elevado (1500°C) com um comportamento mais progressivo com maior viscosidade usados na industria do vidro e em cerâmicas como fritas e esmaltes.

Feldspatos mistos (1/3 < K/Na < 3) em pastas brancas e porcelana fina.

O feldspato utilizado na indústria cerâmica , como fluxante , tem a função de formar uma fase vítrea no objeto, promovendo uma vitrificação e transluzimento.

Os feldspatos usados no vidrado como fonte de álcalis e alumínio.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Especificações de alguns feldspato utilizados em vidro e porcelana

Produtos Vidro

F - 20

Porcelana

NC-4

Porcelana

C-6

Porcelana

K-200 %SiO2 68,20 68,15 68,70 67,10

%Al2O3 22,00 19,00 18,50 18,30

%Fe2O3 0,10 0,067 0,07 0,07

%CaO 5,60 1,60 0,90 0,36 %MgO Traço Traço Traço Traço

%K2O 3,00 4,00 4,10 10,10

%Na2O 6,00 7,00 7,20 3,80

%P.F. 0,20 0,10 0,25 0,26

88% < 30 malhas

< 170 , 200 ou 250 malhas

< 120 , 170 , 200 ou 200 malhas

As areias, de acordo com as impurezas que tenham, são fornecedoras de quartzo (sílica pura), também são utilizados os arenitos e quartzitos além dos diatomitos (sílica amorfa biogênica) usado em isoladores.No caso de cerâmicas claras, é necessário utilizar quartzos com baixo teor de ferro.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – AreiasMatérias primas – Areias

A areia ou sílica é utilizada como refratário com ponto de fusão a 1.700°C porem não tem retração como é no caso da argila mesma.

Na industria cerâmica, a areia de quartzo moída é um componente essencial na formulação da massa e do esmalte de vários tipos de cerâmicos como: louça de mesa, louça sanitária, cerâmica de piso e de revestimento, refratários, cerâmica elétrica, vidrados/fritas e cadinhos de porcelana.

A areia de quartzo tem como função fornecer SiO2 à massa cerâmica , e algumas vezes é substituída pelo quartzito.

Como carga, sua função é reduzir a plasticidade, a deformação e o tempo de secagem, e aumentando a porosidade e a resistência mecânica, durante a queima.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – AreiasMatérias primas – Areias

A intensa utilização da sílica na industria cerâmica é atribuído à sua alta dureza, alta temperatura de fusão, baixo custo e a capacidade de formar vidros.

Nome da sílica comercial

Grau Sibelco Millisil M82

(em corpos cerâmicos)

Sibelco Millisil M300

(em esmalte cerâmico-enamel) %SiO2 99,5 99,5 %Fe2O3 0,03 0,03 %Al2O3 0,2 0,2 %TiO2 0,025 0,025 % K2O + Na2O 0,15 0,15 % CaO + MgO 0,03 0,03 Cr2O3 3 ppm 3 ppm P.F. 0,1 0,1Densidade aparente (g/cm3)

0,95 0,85

Densidade 2,65 2,65 Absorção de óleo (g/100g)

17 19,5

Tamanho médio (µm)

20 10

Bórax (Na2B4O7 . 10H2O)Acido bórico (H3BO3)Barrilha (Na2CO3)Nitrato de sódio (NaNO3)Perlasso (K2CO3)Nefelino sienito Ossos calcinadosApatita [Ca5(F.Cl.OH)(PO4)3]

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS: Matérias primas – FundentesINDUSTRIAS DE CERÂMICAS: Matérias primas – Fundentes

Fluorita (CaF2)Criolita (Na3BAlF6)Oxidos de ferroOxidos de antimônioOxidos de chumboMinerais de lítio Minerais de bário

Alumina (Al2O3)Olivina [ (FeO.MgO)2SiO2 ]Cromita (FeO Cr2O3)Silicatos de alumínio (Al2O3 . SiO2) (cianita, silimanita, andalusita)Dumotierita (8Al2O3.B2O3.6SiO2.H2O) Nefelino sienito Magnesita (MgCO3) Cal e calcário (CaCO3)

Zircônia (ZrO2)Titânia (TiO2)Silicatos de magnésio hidratados (talco)Carburundo (SiC)MulitaDolomita (CaMg(CO3)2) Tória (ThO2)

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS: Matérias primas – RefratáriosINDUSTRIAS DE CERÂMICAS: Matérias primas – Refratários

• Principais:• Ligantes: Conferem

plastificação e resistência a verde após a conformação.

• Plastificantes: Modificam os ligantes conferindo maior fluidez (capacidade de preencher o molde)

• Lubrificantes: Reduzem o atrito entre partículas e o atrito entre as parículas e as paredes do molde.

• Outros aditivos:• Defloculante• Agente anti-estática• Estabilizador de

espumas• Fungicida• Auxiliar de

sinterização• Agente “molhante”• Agente anti-

espumas• Etc...

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASMatérias primas – Aditivos Matérias primas – Aditivos

Ex. de combinação:

Todos os produtos cerâmicos são feitos pela combinação de quantidades diversas das matérias primas mencionadas anteriormente, pela conformação apropriada e pelo aquecimento até temperaturas de queima.

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASProcessosProcessos

Um corpo de porcelana apresenta a seguinte composição, em peso SiO2, 59%; Al2O3, 32%; K2O 1%; e CaO 5%. As matérias primas disponíveis e combinadas para 100 lb de corpo:

Quartzo SiO2 9,5 lbCaulinita Al2O3.2SiO2.2H2O 69,0 lbFeldspato potássico K2O.Al2O3.6SiO2 17,7 lbFeldspato sódico Na2O.Al2O3.6SiO2 8,4 lbCalcita CaO.CaO2 8,9 lb

113,5 lb 100 lb do corpo cerâmico

A conformação é realizada basicamente com adição de água em distintas proporções dependendo do método empregado, esta contribui a manter ligadas as partículas durante a conformação e no secagem sem perder a forma (agregação e empacotamento das partícula)

Existem dois métodos a úmido e seco empregadas em três linhas de processos na conformação de peças cerâmicas:

1- processo a úmido: para processos de rápida conformação utilização de estampagem, extrusão e no caso artesanal estampagem manual em torno (água entre 15 e 25%).

2- processo a seco: processo empregado em laboratório e na industria para uma rápida moldagem emprego de prensagem (água entre 8 e 12%)

3- processo por moldagem ou colagem: para peças voluminosas e de formas difíceis emprego de moldes pré-fabricados (água entre 20 e 25%)

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASConformaçãoConformação


Métodos úmidos (hidroplásticos)

Mistura partículas cerâmicas com um ligante (água, parafina, polímero, etc.) formando uma pasta de fácil moldagem pelas técnicas de:

- Estampagem (manual)- Extrusão- Injeção- Esmaltagem- Vazamento em barbotina- Vazamento em tela- Em molde:

sem pressãopressão unidirecionalpressão isotática a frio (ar ou líquido)pressão isotática a quente

Extrusão

Barbotina

Injeção

Esmaltagem

Vazamento em tela Molde


Métodos a seco (matéria prima em pó)

- Em molde: pressão uniaxial (prensagem em serie)pressão uniaxial a quentepressão isotática a frio (em médio líquido

o ar)pressão isotática a quente

Prensagem uniaxial automatizada ou seriadaPrensagem uniaxial automatizada ou seriada

Retirar a água e os ligantes do cerâmico antes de ser sinterizado a temperaturas mais elevadas:

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASSecagemSecagem

Excesso de água, a temperatura ambiente (25 a 30°) de 7 a 10 dias.Excesso de água, em estufa (50 a 70°) de 1 a 3 dias.Água, em forno (100 a 110°) de 3 a 10 horas.Ligantes orgânicos (200 a 300°) de 5 a 12 horas.

As temperaturas elevadas constituem um importante fator na fabricação dos produtos cerâmicos. Elas são usadas:

1. Para a secagem prévia dos produtos já conformados2. Para produzir aglomeração e reduzir a porosidade3. Para modificar as tensões residuais (também recozimento)4. Para produzir cristalização

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASProcessos de queimaProcessos de queima

As temperaturas de queima podem ser baixas como até 700°C para alguns tipos de vidrados sobrepostos, ou tão elevadas quanto 2000°C para muitas vitrificações.

A temperatura provocam varias reações:

1. 150 – 650°C. Desidratação, ou perda da água de cristalização2. 600 a 900°C. Calcinação3. 350 e 900°C. Oxidação de ferro divalente e da matéria orgânica4. > 900°C. formação de silicato


- Até 100°C: eliminação da água livre não eliminada totalmente na secagem;

- ~ 200°C: elimina-se a água coloidal, que permanece intercalada entre as pequenas partículas de argila;

- de 350 a 650°C: combustão das substancias orgânicas contidas na argila;

- de 450 a 650°C: decomposição da argila com liberação de vapor;- ~ 570°C: rápida transformação do quartzo;- Acima de 700°C: reações químicas da sílica com a alumina, formando

sílico-aluminatos complexos que dão ao corpo cerâmico suas características de dureza, estabilidade, resistência física e química;

- de 800 a 950°C: carbonatos se decompõem e liberam CO2;- Acima de 1000°C:os sílico-aluminatos que estão em forma vítrea

começam amolecer, assimilando as partículas menores e menos fundentes, dando ao corpo maior dureza, compatibilidade e impermeabilidade.

As transformações que ocorrem em materiais cerâmicos são de vital importância para um conhecimento completo da operação de queima, as transformações mais importantes são:


Retração Perda de massaMudanças petrográficas

A sinterização durante a queima da cerâmica traze mudanças importantes ao produto:

1. Redução na área específica total2. Redução no volume aparente total e3. Aumento na resistência mecânica


Durante a sinterização, as partículas se unem em um contato mais íntimo, o que reduz a porosidade. As transferências de massas pode ser acompanhada pelos 4 mecanismos:

1. Escoamento viscoso ou plástico2. Difusão interna ou externa dos grãos3. Evaporação e condensação de materiais4. Diferenças de energia superficial

O grau de vitrificação, ou progressiva redução de porosidade, fornece a base para uma útil classificação dos produtos cerâmicos:

1. Cerâmicas brancas diversos teores de fundentes, aquecimento a temperaturas moderadamente elevadas, diversos graus de vitrificação.

2. Produtos estruturais de cerâmica (chamados cerâmica vermelha) fundentes abundantes, calor a baixa temperatura, pouca vitrificação.

3. Refratários pouco fundente, calor a elevadas temperaturas, pouca vitrificação

4. Esmaltes Fundentes muitos abundantes, calor a temperaturas moderadas, vitrificação completa. 150 – 650°C. Desidratação, ou perda da água de cristalização

5. Vidros fundentes em quantidades moderadas, calor a temperatura elevada, vitrificação completa.


INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICASProcessos de queima – Classificação dos produtos cerâmicos Processos de queima – Classificação dos produtos cerâmicos

CERÂMICAS BRANCAS

Louça comumLouça vitrificada (porcelanizada)PorcelanaLouça de pó de pedraLouça sanitáriaLadrilhos

PRODUTOS ESTRUTURAIS DE ARGILA

Tijolos, tijolo furado, azulejos, manilhas sanitárias e de esgoto.

REFRATÁRIOS Tijolos, argamassas,

ESMALTES E METAIS ESMALTADOS

Compósitos cerâmicos fibras cerâmicasCerâmicas ferroelétricas e ferromagnéticasPyroceram e outros produtos

PRODUTOS ESPECIAIS DE CERÂMICA

ABRASIVOS

Massa cerâmica Temperatura de queima (amadurecimento)

MASSAS TRIAXIAIS DE CERÂMICA BRANCA

Louça semivitrificada 1225°C e 1250°CLouça de hotel 1250°C a 1285°CPorcelana elétrica para baixa freqüência 1310°CPorcelana dura 1260°C (ricos em fundentes)

1486 a 1520°CAzulejos 1260°CLouça sanitária vitrificada 1310°CPorcelana parian 1225°CPorcelana dentária 1260 °C

PRODUTOS ESTRUTURAIS DE ARGILAS

1000°C

1250°C

1100 a 1300°C

Massa cerâmica Temperatura de queima (amadurecimento)

PORCELANA ELETRICA ESPECIAL até 1850°C

LOUÇAS DE MESA E PEÇAS ARTÍSTICAS

1260°C

REFRATÁRIOS 1280 a 1400°C

1500 a1550°C

1600°C

Os fornos utilizados na produção de peças cerâmicas deve ter os seguintes componentes principais: uma base na qual se assentam as peças, uma fonte de calor, um meio de transferir o calor às peças e quarto, um invólucro para confinar o calor à peça.


Há muitos tipos de fornos utilizados para a sinterização ou queima dos produtos cerâmicos. A duas categorias principais são intermitentes ou periódicos e contínuos.

Os fornos intermitentes requerem o carregamento e o fechamento antes do aquecimento; depois, é resfriado e seguidamente descarregado. Este ciclo pode durar horas (pequenas peças de cerâmica elétrica) ou mais de uma semana (materiais de construção, produzidos em grande escala como tijolos e ladrilhos).

No processo contínuo, os produtos cerâmicos conformados e secos movem-se através do forno. O forno contínuo é geralmente mais complexo e caro, mas permite grande economia operacional com o aproveitamento dos gases de combustão e do calor liberado pelos produtos já queimados e do sistema lineal.As peças iniciam com o máximo de 8% de umidade.


Caminho dos produtos

Preaquecimento Queima (30 a 40%)

Resfriamento

Soprado de Ar

Ar se aquece ao resfriar as peças

Ar se emprega nos queimadores

Ar para o secado das peças

Exaustor

Esquema do forno de túnel (contínuo)



Preaquecimento Queima Resfriamento

Soprado de Ar




Exaustor

Forno de queima de blocos/tijolos tipo Cerik com óleo-fuel

- largura: 45 + 30 + 45 m.- altura interna: 1,85 m.- diâmetro: 4,25 – 4,85 – 4,25 m.- zona de pré-aquecimento: faixa de 25 a 500°C ; de 500 a 600°C ; 600 a 1020°C - zona de sinterização: faixa 1020 °C - zona de resfriamento: faixa de 1020 a 650 ; de 650 a 500 ; de 500 a 400 ; 400 a 60 °C.



Preaquecimento Queima Resfriamento

Soprado de Ar




Exaustor

Forno de queima de blocos/tijolos com gás natural (50 milhões de tijolos/350 dias laborais)

- largura: 142,6 m.- altura interna: 1,85 m.- diâmetro: 4,25 – 4,85 – 4,25 m.- zona de pré-aquecimento: 11,5 horas ; faixa de 25 a 300°C ; de 300 a 1000°C- zona de sinterização: 7,5 horas ; faixa 1000 °C - zona de resfriamento: 13,0 horas ; faixa de 1000 a 950 (45 minutos) ; de 950 a 650 ; de 650 a 500 ; 500 a 50 °C.

Forno para ensaio e laboratório


Carvão ou lenhaElétricoGás

Forno cerâmico

direta

indireta

Intermitentes

Contínuos

Fornos KasselerFornos câmaraFornos circulares

Fornos circularesFornos de câmara anularFornos de câmara de gás

Intermitentes

Contínuos

Fornos de câmara com cápsulaForno de pisos com cápsulaFornos de muflaFornos elétricos

Fornos de túnelMuflasFornos Muflas

1. uma inadequada distribuição de temperatura no interior do produto (queima incompleta ou desigual)

2. o tempo de variação da sinterização3. segregação de partículas durante a conformação (falta de

homogeneização da fórmula e/ou migração de partículas)4. contração pela orientação das partículas (mistura

inadequada)5. fluxo de fases líquidas influenciadas pela gravidade durante

a queima em alta temperatura


Produtos: porosos , com baixa resistência mecânica, baixa resistência química , com grânulos de cal livre, deformados e/ou com empenamento.

PROCESSO CERÂMICO ARGILA OUTRAS MATÉRIAS-PRIMAS

MISTURA

PREPARAÇÃO MOAGEM E CLASSIFICA- DA ÇÃO GRANULOMÉTRICA MATÉRIA PRIMA MASSA CRUA

DENSIFICAÇÃO

CONFOR- COMPACTAÇÃO MAÇÃO MOLDAGEM

PEÇA CRUA

PROCESSAMENTO TÉRMICO

ACABAMENTO


Taguá Desintegrador Maromba

água óleo

Extrusão Transporte Pré-aquecedor

Distribuição Estocagem Peneiras classificadoras

Transportador

Resfriamento a ar

Forno rotativo ~ 1200°C

Esquema de fabricação de agregados leves de argila piroexpandida


Mistura

Silos

Moagem

Secagem

Esquema de fabricação de refratários alumino-silicosos para siderurgia

Argilas

Silos (chamotas)

Calcinação

pelotização

Classificação granulométrica

Moagem

Secagem

Formação

Queima

Classificação

Depósito

Expedição

Silos

Ligantes Aditivos


Esquema de fabricação de refratários para isolantes térmicos

Argilas

Misturação

Moagem

Moldagem

Secagem

Queima

Resfriamento

Secagem

preaquecimento

Estocagem / expedição

CAL e CERAMICA introdução Maio 2010 I

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