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Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345012 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.

PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS ARGILAS DO TIPO “BALL CLAY” DO ESTADO

DA PARAÍBA

R. M. R. Wellen*, J. G. Freire*, G. A. Neves**, M. C. Silva**, H. C. Ferreira**

Universidade Federal da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de

Engenharia de Materiais. Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP- 58109-970,

Campina Grande-PB. Fone (083) 310 1183, Fax (083) 310 1178

*Alunas de IC

** Professores

RESUMO

O estudo da viscosidade das dispersões argilosas permite caracterizá-las

reologicamente. Estas propriedades dependem, dentre outros parâmetros do teor e

natureza dos defloculantes, da concentração de sólidos, da forma e dimensão das

partículas. Este trabalho tem como objetivo principal estudar argilas plásticas da

Paraíba, para uso em cerâmica branca, através das características mineralógicas e

reológicas. Para viabilizar este trabalho foram efetuados os ensaios de caracterização,

tais como: análise química, análise térmica diferencial e difração de raios-x, e

reológicos através da determinação da viscosidade aparente das dispersões com

concentração de sólidos de 58% na viscosidade mínima, da curva de defloculação,

com viscosímetros tipo Fann-35 e Brookfield, para diversas taxas de cisalhamento. Os

resultados permitiram caracterizá-las como ‘ball clays’ típicas com comportamento

pseudoplástico.

Palavras-chave: caracterização mineralógica, reológica, argilas.

INTRODUÇÃO

As argilas plásticas para Cerâmica Branca (ball-clays), são argilas sedimentares,

originadas por alteração hidrotérmica de rochas geralmente graníticas, de granulação

fina, contendo a caulinita como argilomineral predominante, podendo conter um pouco


de esmectita e ilita, geralmente contaminada por matéria orgânica e baixo teor em

ferro, queimando do branco ao creme.

A adição das argilas plásticas para cerâmica branca às massas cerâmicas tem

por finalidades:

1 - aumentar a plasticidade durante a conformação;

2 - desenvolver alta resistência a verde e a seco de modo a reduzir as perdas no

manuseio;

3 - aumentar a fluidez das barbotinas,

4 - aumentar a faixa de vitrificação, melhorando as propriedades do corpo queimado. [1]

Estas argilas, quando estudado o seu comportamento reológico, são submetidas

ao ensaio de defloculação, que consiste em determinar o ponto mínimo de viscosidade

de dispersão da argila pela adição de defloculantes. Este o ponto mínimo é o que

corresponde à máxima dispersão dos agregados de partículas, isto é, individualização

das unidades cinéticas. O mecanismo que ocorre no ensaio de defloculação de uma

argila é o seguinte: a argila dispersa em água possui agregados ou aglomerados, que

dão origem a uma elevada viscosidade; adicionando-se defloculantes há adsorsão nas

faces menores das partículas e se estabelece um potencial zeta acima do crítico; as

interações face-to-face e edge-to-edge são destruídas e há repulsão entre partículas e

destruição de agregados ou aglomerados, resultando diminuição de viscosidade até um

mínimo; com mais eletrólito, atinge-se o potencial zeta crítico e o sistema fica de novo

instável, há agregação ou aglomeração das partículas e começa o ramo ascendente da

curva de defloculação[2]; com a curva de defloculação as argilas podem ser

classificadas como fluídos Não Newtonianos, ou seja, que não apresentam uma

proporcionalidade entre a tensão cisalhante e o gradiente de velocidade, à temperatura

e pressão constante em regime laminar, a viscosidade portanto não é única e varia

com a magnitude da tensão aplicada[3]. Esses fluídos podem ser classificados como

pseudo-plásticos, quando a sua viscosidade é reduzida com o aumento da taxa de

cisalhamento; dilatantes, quando a sua viscosidade aumenta com a taxa de

cisalhamento[4]; tixotrópicos, quando a viscosidade do fluído aumenta com o tempo de

repouso, a tixotropia é uma transformação sol-gel isotérmica e reversível, no caso das

argilas a tendência a tixotropia é função do potencial zeta, da concentração e

anisotropia das partículas constituintes, nos fluídos tixotrópicos a tensão de

cisalhamento diminui com o tempo para uma mesma taxa de cisalhamento


(deformação)[2], e fluídos reopéticos quando apresentam um comportamento contrário à

tixotropia, ou seja, quando a tensão de cisalhamento aumenta com o tempo de fluxo

para uma mesma taxa de deformação.[3]

Sérios problemas são enfrentados pela indústria de Cerâmica Branca do Brasil,

no que diz respeito ao controle da qualidade (recepção) de matérias primas e a

escassez de novas jazidas capazes de substituir, no mesmo nível de qualidade,

matérias primas tradicionalmente aceitas por estas indústrias. Essa pesquisa alcança

então sua importância, tendo como objetivo principal caracterizar as argilas plásticas do

município de Alhandra- PB para uso em cerâmica.

MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE

Materiais

Foi estudado o comportamento reológico de 3 argilas do município de Alhandra

do Estado da Paraíba, apresentando granulometria inferior a peneira ABNT Nº 200

(abertura 0,074 mm).

O defloculante utilizado foi silicato de sódio com densidade 1,40 g/cm3, cedido pela

Celite do Nordeste S/A

Métodos

Ensaios de Caracterização

Análise Química

A composição química das amostras de argilas utilizadas foram determinadas

segundo o método de análise química do laboratório de Analises Minerais do CCT/

PRAI/ UFPB.

Análise Térmica Diferencial e Análise Termogravimétrica

As curvas termodiferencial e termogravimétrica foram obtidas através de um

sistema de análises térmica Modelo RB-3000 da BP Engenharia, no laboratório de

cerâmica do DEMa/CCT/UFPB.

Difração de Raios-x


As curvas de difração de raios-x foram obtidas através de um difratômetro com

detector curvo INEL com tubo de cobre com K de 1,5406 Aº, no laboratório de

nanoestrutura da ENSCI (Ecole Nationale Supérieuse de Céramique Industrielle)

Limojes-França.

Ensaios Tecnológicos

Barbotinas

As barbotinas foram preparadas com as amostras passadas em peneira

ABNT Nº 200 (abertura 0,074 mm), foi adicionada água destilada e defloculante

suficiente para obter uma densidade de 1,56 g/cm3 e fluidez (concentração

aproximadamente de 58 %) no ponto inicial, no laboratório de cerâmica do

DEMa/CCT/UFPB.

Ensaios de Viscosidade

As amostras foram submetidas a uma agitação de 2 minutos e as leituras foram

feitas nos viscosímetros em rotações diferentes a cada 15 segundos. No estudo das

argilas com relação a dependência do tempo as leituras foram realizadas em dois

períodos de tempo 15 segundos após a agitação quando em seguida permaneceram

90 minutos em repouso e então foi realizada outra leitura, no laboratório de cerâmica

do DEMa/CCT/UFPB.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Composição Química

Os valores das análises químicas das argilas estudadas estão na Tabela I.

Observando os valores contidos na Tabela I, verifica-se que as amostras

apresentam elevado teor de Al2O3, o que indica serem argilas semi-refratárias. Com

relação a perda por calcinação (PF), o valor elevado obtido para as argilas sugerem a

presença de matéria orgânica, enquanto que o baixo teor de Fe2O3,indica que as

argilas podem ser utilizadas para fabricação de produtos para cerâmica branca, já que


este, quando presente em grandes quantidades, atua na diminuição do ponto de fusão

das argilas e favorece a coloração escura.

Tabela I – Análise química das argilas estudadas

Amostras

PF

(%)

RI

(%)

SiO2

(%)

Fe2O3

(%)

Al2O3

(%)

CaO

(%)

MgO

(%)

K2O

(%)

Na2O

(%)

1 13,52 ND 57,20 1,60 27,68 NIHIL Traços Traços NIHIL

2 11,97 0,84 52,27 3,11 31,44 NIHIL 0,49 0,06 Traços

3 13,95 0,79 51,02 1,35 32,12 NIHIL 0,73 Traços Traços

N.D = não determinado

Composição Mineralógica

Os difratogramas das argilas estudadas encontram-se na Figura 3.

Através dos difratogramas é possível verificar a presença dos argilominerais

caulinita e quartzo nas argilas estudadas; a presença da caulinita favorece o uso

dessas argilas em cerâmica branca. A amostra 3 apresenta, em relação ao quartzo

maior teor de caulinita e a amostra 1 menor teor.

0 30 60 2 Theta-Scale

Figura I: Difratogramas das amostras estudadas


Comportamento Térmico

Observando-se as curvas de ATD, verificou-se que as amostras apresentaram

pequeno pico endotérmico aproximadamente a 150o C , correspondente a perda de

Observando as curvas de ATD (Figura II), verifica-se que as amostras apresentam

pequeno pico endotérmico aproximadamente a 150ºC, correspondente à perda de

água livre e adsorvida; em torno de 597oC as amostras apresentam pico endotérmico

de média intensidade correspondente à perda de hidroxila, e por volta de 950oC um

pico exotérmico de pequena intensidade correspondente a nucleação de mulita.

Comparando os termogramas das amostras estudadas verifica-se que a amostra 3

apresenta maior teor de caulinita.

Observando-se as curvas da ATG (Figura III) das amostras estudadas, verifica-se

que estas apresentam perda de massa referente à água livre e adsorvida

aproximadamente a 106ºC, a perda de matéria orgânica ocorrepor volta de 494ºC e

perda de massa referente a desidroxilação aproximadamente a 600ºC.

Em uma análise geral dos resultados, verifica-se que os termogramas estudados

são característicos das argilas do tipo ball clay.

Os resultados obtidos para as análises térmica diferencial e termogravimétricas

encomtram-se nas figuras 2 e 3

Figura II: Análise Térmica Diferencial das Amostras de Argilas Estudadas


Ensaios Tecnológicos

Ensaios Preliminares

Os ensaios cerâmicos preliminares para as amostras estudadas encontram-se

na referência [6], onde verifica-se que as amostras apresentam cor branca após queima

a 1250ºC.

Propriedades Reológicas

As Tabela II, III e IV apresentam os valores para a viscosidade aparente (Cp)

das amostras 1, 2 e 3 respectivamente com as leituras após 15 segundos e após 90

minutos medidas no viscosímetro Fann-35 nas velocidades: 100, 200, 300 e 600

rpm.Observando os valores contidos nestas tabelas verifica-se que a barbotina 1

apresenta viscosidade aparente (cp) a 200 rpm para 15 segundos no ponto de

defloculação inicial de 411 cp, o que corresponde a um consumo de defloculante de 1,0

ml; a barbotina 2 obteve viscosidade aparente igual a 442,5 (cp) o que corresponde a

um consumo de defloculante de 3,0 ml; e a barbotina 3 obteve uma viscosidade

aparente inicial igual a 210 (cp), o que corresponde a 1,5 ml de defloculante. A partir do

ponto inicial as barbotinas apresentaram uma viscosidade aparente decrescente com o

teor de defloculante e verificou-se um mínimo de: 39,5 (cp) para a barbotina 1

(corresponde a 7,4 ml de defloculante); 251,25 (cp) para a barbotina 2 (corresponde a

3,7 ml de defloculante) e 51,75 (cp) (corresponde a 3,7 ml de defloculante).Para

viscosidade aparente (cp) com leitura após 90 minutos de repouso a barbotina 1

apresentou uma viscosidade no ponto de defloculação inicial de 361,5 (cp)

(corresponde a 1,0 ml de defloculante); a barbotina 2 apresentou uma viscosidade

Figura III: Análise Termogravimétrica das Amostras de Argilas Estudadas


inicial de 382,5 (cp) (corresponde a 3 ml de defloculante) e a barbotina 3 apresentou

um viscosidade inicial de 186 (cp) (que corresponde a 1,5 ml de defloculante). A partir

do ponto inicial as barbotinas apresentaram uma viscosidade aparente decrescente

com o teor de defloculante e verificou-se um mínimo para barbotina 1 de 72 (cp)

(corresponde a 7,4 ml de defloculante); barbotina 2 de 349,5 (cp) (corresponde a 3,7 ml

de defloculante) e a barbotina 3 um mínimo de 68,25 (cp) (corresponde a 3,7 ml de

defloculante).

Para alguns valores de defloculante contidos nas tabelas não foi possível

realizar a leitura da viscosidade, isto ocorreu porque a viscosidade para esses valores

era muito alta o que impossibilitou a leitura pelo viscosímetro.

Tabela II: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 1

ml de defloculante viscosidade da amostra 1 (Fann)

600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min

1,0 Nd Nd Nd 262 411 361,5 813 6901,5 87 89 152 124 211,5 162 396 295,52,0 65 54,5 72 73 57 91,5 141 1352,5 43 54,5 62 73 34,5 87 78 1293,7 31 49 41 66 49,5 78 72 1084,9 30 49 39 65 48 76,5 66 103,56,2 33 54,5 43 72,5 51,75 84 72 1117,4 30 48 38 62 45 72 63 969,8 33 49,5 41 63 46,5 82,5 61,5 10512,3 38,5 56,5 47 71 56,25 90 76,5 11417,3 44,5 68,5 55 86 66 98,25 91,5 12622,3 51 87 65 112 78 129 111 166,5

Tabela III: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 2ml de

defloculanteviscosidade da amostra 2 (Fann)

600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min

2,5 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd3,0 Nd Nd Nd Nd 442,5 382,5 670,5 5613,7 Nd Nd 237 Nd 251,25 349,5 303 4174,9 Nd Nd 273,5 Nd 292,5 441 342 5226,2 Nd Nd Nd Nd 360 Nd 430,5 5947,4 Nd Nd Nd Nd 387,75 Nd 463,5 6309,8 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd


Tabela IV: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 3ml de

defloculante Viscosidade aparente (cp)600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm

15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min1,0 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd1,5 85 81 146,5 131 210 186 402 3512,0 57 58,5 84,5 82 116,25 106,5 198 1742,5 36,5 46 49 58 51,75 66,75 70,5 88,53,7 39,5 50,25 45,5 61 51,75 68,25 66 874,9 52 67,75 61 82 69 91,5 88,5 265,56,2 54 75,5 63,5 93 71,25 104,25 90 130,57,4 58,5 86,5 68 105 76,5 117 96 145,59,8 60 84,25 68,5 99,5 75,75 109,5 93 13212,3 84,75 121,75 97 142,5 108 154,5 132 184,517,3 79,5 122 89 130,5 99,75 138,75 124,5 157,5

Nd = não determinado

As Figuras IV, V e VI apresentam as curvas de defloculação da amostra 1,

amostra 2 e amostra 3 respectivamente com leitura após 15 segundos e com leitura

após 90 minutos, na rotação de 200 rpm.

Figura IV: Curva de defloculação da amostra 1

Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos

Curva de viscosidade com leitura após 90 minutos

Figura V: Curva de defloculação da amostra 2Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos





Nestas figuras pode-se observar que a curva para leitura após 15 segundos

apresenta um mínimo para a amostra 1 (Figura IV) equivalente a adição 0,085 % de

Na2O, ocorrendo em seguida um pequeno aumento na viscosidade, quando então é

verificado outro mínimo para 0,2516 % de Na2O; para amostra 2 (Figura V) houve um

mínimo em 0,1258 % de Na2O e para a amostra 3 pode-se observar um mínimo para a

mesma quantidade de defloculante da amostra 2 . Para leitura após 90 minutos a

Figura IV apresenta um mínimo para 0,085 % de Na2O, a Figura V apresenta um

mínimo para 0,1258 % de Na2O; o mesmo observada para a amostra 3 (Figura VI).

Analisando-se as curvas com leitura após 15 segundos e com leitura após 90 minutos,

observa-se que as curvas de defloculação com leitura após 90 minutos apresentam

uma viscosidade superior do que as curvas com leitura após 15 segundos, logo

verifica-se que as amostras apresentam um comportamento tixotrópico.

A Figura VII apresenta as curvas de viscosidade no ponto mínimo para

as amostras 1, 2 e 3. Nesta Figura pode-se observar uma diminuição no valor da

Viscosidade aparente (cp) com leitura após 15 segundosViscosidade aparente (cp) com leitura após 90 minutos

Gráfico IV: Curva de defloculação da amostra 2Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos

Curva de viscosidade com leitura após 90 minutosGráfico V: Curva de defloculação da amostra 3

Figura VI: Curva de defloculação da amostra 3


Curva de viscosidade com leitura após 90 minutosCurva de viscosidade com leitura após 15 segundos



viscosidade das amostras com o aumento da taxa de deformação, logo estas

apresentam um comportamento pseudoplástico.

CONCLUSÃO

Foram estudadas argilas do Estado da Paraíba, após os ensaios de

caracterização e reológicos, pode-se chegar as seguintes conclusões:

Composição química: Através da análise química verificou-se que devido ao baixo

teor de Fe2O3, as argilas poderão ser utilizadas em cerâmica branca, e o alto teor

de Al2O3 classificam-nas como sendo semi-refratárias.

Composição Mineralógica: Os difratogramas das argilas estudadas apresentaram

caulinita e quartzo

Comportamento Térmico:

Análise termo diferencial: Através das curvas de ATD verificou-se que a amostra

3 apresentou um maior teor de caulinita

Gráfico VI: Curva de Viscosidade Mínima das amostras 1, 2 e 3

Figura VII: Curva de Viscosidade Mínima das amostras 1,2 e 3


Análise termogravimétrica: Através das curvas de ATG verificou-se que as

amostras apresentaram perda de massa similar as das argilas cauliníticas

Propriedades reológicas: Através dos ensaios reológicos pode-se observar que:

As argilas estudadas apresentaram um comportamento pseudoplástico, como

também um aumento da viscosidade com tempo possuindo portanto

características tixótropicas.

A amostra 2 apresentou um maior índice de tixotropia, enquanto que a amostra

3 apresentou um menor índice.

As amostras apresentaram um baixo consumo de defloculante no ponto mínimo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Anais do 41º Congresso Brasileiro de Cerâmica e 2º Congresso de Cerâmica e

Minerais Industriais do Mercosul, vol.2 , 1997.

2. SOUZA SANTOS, P., Tecnologia das Argilas, Ed. Da Universidade de São

Paulo, São Paulo, v. 1, 1989.

3. MACHADO, J. Carlos V, Reologia de Fluídos: Aplicação na Engenharia de Petróleo.

Petrobrás, Divisão de Ensino. Salvador. Setor de Ensino da Bahia, 1983 (mimeog.)

4. NORTON, F. H. Introdução à Tecnologia Cerâmica. Editora Edgard Blucher, Ed. Da

Universidade de São Paulo, 1973.

5. CALIL, S. F. Propriedades Reológicas de Barbotinas de Algumas Argilas e Caulins

Brasileiros Utilizados em Cerâmica Sanitária. Tese de Mestrado Apresentada na

Universidade de São Paulo). 1972.

6. COSTA, A.C.F.M., NEVES, G. A. e CARTAXO, F.S. Caracterização das argilas “Ball

Clays” do Estado da Paraíba. João Pessoa: Anais do V Encontro de Iniciação

Científica da UFPB, 1997, p. 33-37.

ABSTRACT

The study of the viscosity of the loamy dispersions allows to characterize them

rheologicaly. These properties depend, between other parameters of the text and

deflocculantes nature, of the concentration of solids, of the form and dimension of the

particles. This work had as main objective to study plastic clays of Paraíba for use in

white ceramic, through the mineralogical characteristics and rheological.To make


possible this work characterization rehearsals they were made, such as: chemical

analysis, analysis thermal differential and x-ray difraction, and rheological through the

determination of the apparent viscosity of the dispersions with concentration of solids of

58% in the minimum viscosity, of the deflocculation curve, with vicometer Fann-35 and

Brookfield, for several shear rates. The results allowed to characterize them with ' ball

typical clays' with behavior peseudoplastic.

Word-key: mineralogical characterization, rheological, clays

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