Relatório de Refratários e Mina de Argila

Analisando os processos de fabricação de tijolos refratários, se obtêm uma idéia da fabricação de algumas peças refratárias do mercado. Segundo Vallejo (2006) o processo de fabricação de tijolos refratários segue as seguintes etapas:

Preparação da matéria prima – Praticamente toda matéria prima passa pela calcinação. A calcinação é um tratamento térmico sob altas temperaturas antes de entrar na produção. Tem a função de evitar problemas na fabricação, como contração excessiva, trincas e outros defeitos.

Moagem – Algumas matérias primas e chamotes são muitas vezes submetidas inicialmente a uma moagem primária. Esta moagem é feita em britadores de mandíbulas, giratórios ou cônicos e em moinhos de cilindro ou rolos, até atingir determinada granulometria. Depois disso o material é encaminhado a um moinho de mós, de martelos, ou outros, até atingir a granulometria desejada.

Classificação granulométrica – Os equipamentos de moagem não fornecem uma distribuição granulométrica adequada. Dessa forma, após a moagem é necessário que o material passe por outra operação para que se obtenham as chamadas frações granulométricas, são as peneiras cilíndricas ou planas. Isto é muito importante porque para obter refratários de boa qualidade é preciso que a distribuição granulométrica do material seja adequada, isto é, os vazios entre os grãos maiores devem ser preenchidos pelos grãos mais finos.

Dosagem e mistura – As frações granulométricas são selecionadas e pesadas de acordo com as características desejadas para determinado produto. Em seguida são transferidas para um misturador, ao qual serão adicionados água e diferentes tipos de aditivos.

Formação da peças – Atualmente existem vários processos diferentes para formar as peças. No caso da Ziegler, as peças são moldadas através da prensagem do material, geralmente úmido, em moldes que determinarão o formato das peças.

Secagem – Este processo se inicia pela secagem natural, depois as peças são colocadas em secadores sob temperaturas adequadas para eliminar a água de moldagem.

Queima – O processo de queima de materiais refratários utiliza-se de diferentes tipos de fornos. Na Ziegler, os tijolos são queimados em fornos que operam com óleo de xisto como combustível. As temperaturas variam de 1125 º C a 1200 º C e o ciclo de queima podem durar de 2 a 30 dias. O objetivo dessa queima é reduzir a porosidade do corpo aumentando a sua densidade, tornando o material mais estável.

Seleção – Após a queima, cada lote de refratários passa por uma seleção e inspeção, quando então são verificadas as dimensões, formas, características e outros aspectos, para controle de qualidade.

Em seguida, os produtos isentos de defeitos são embalados e expedidos. Os produtos com defeitos, os chamados chamotes, voltam para a etapa da moagem para serem reaproveitados. O material originado pelos chamotes exige menos energia para a queima, porque a matéria orgânica já foi queimada.

3.3 matérias primas utilizadas

Há materiais refratários de diversas composições, conforme as exigências do trabalho a que se destinam. Os principais minerais usados na indústria de refratários são: argila refratária, quartzo, bauxita, dolomita, magnesita, cromita, zircão e grafita. (Abreu, 1973)

A principal matéria prima utilizada na fabricação de refratários é a argila. O ponto de fusão das argilas depende da sua composição química. O silicato de alumínio hidratado corresponde ao caulim, funde aproximadamente a 1700°C. As argilas de alto ponto de fusão são chamadas refratárias e correspondem às de natureza caulínica. As montmorilonitas e as ilitas têm mais baixo ponto de fusão. A presença de feldspatos e micas faz baixar muito a refratariedade das argilas. (Abreu, 1973)

Alguns minerais utilizados na Cerâmica Ziegler foram pesquisados algumas bibliografias:

3.3.1 Gipsita

É um mineral abundante na natureza, sulfato de cálcio hidratado cuja fórmula química é CaSO₄.2H₂O, que geralmente ocorre associado à anidrita, sulfato de cálcio anidro. É um mineral geralmente branco, mole, de dureza 2, riscável com a unha. A origem das grandes massas de gipso e anidrita contida nas rochas sedimentares é atribuída à evaporação dos mares antigos, mas também esses minerais podem ser formados pela ação de gases e águas sulfúricas atuando sobre calcários. É empregado nas cerâmicas para fazer formas e como material para trabalho artístico, em escultura, moldagem, etc. (Abreu, 1973)

A sua composição química, ou estequiométrica, média apresenta 32,5% de CaO, 46,6% de SO3 e 20,9% de H2O. Apresenta um teor médio de 60% de alumínio. Trata-se de um mineral muito pouco resistente que, sob a ação do calor, em torno de 160°C, desidrata-se parcialmente, originando um semi-hidrato conhecido comercialmente como gesso (CaSO4.½H2O). (Lyra Sobrinho, 2001)

3.3.2 Agalmatolita

Mineral de tom esverdeado claro, textura fina e homogênea, formado de silicato de alumínio hidratado. É formado pela espécie mineral pirofilita. O ponto de fusão achado do agalmatolito foi 1550°C. O teor elevado de ferro impede seu aproveitamento para obras de arte. Pelo pequeno coeficiente de expansão e pelas propriedades físicas que adquire pelo cozimento, esse material presta-se bem para manufatura de peças delicadas que devam suportar temperaturas elevadas. O algamatolito deriva de xistos metamórficos, ricos em distênio, que sofreram alteração pela ação pneumatolítica de eruptivas, sempre ocorrentes junto às jazidas desse material. (Abreu, 1973)

3.3.3 Sílex

O Sílex é uma rocha sedimentar silicatada, constituída de quartzo criptocristalino, muito dura e com densidade elevada. Apresenta-se geralmente compacta, de cor cinzenta, negra e outras. Com fratura concoidal. Ocorre sob a forma de nódulos ou massas em formações de giz ou calcário. Pode apresentar várias impurezas como argilas, carbonato, silte, pirita e matéria orgânica. Pode ter origem orgânica, fazendo parte do grupo dos acaustobiólitos, ou inorgânica ou ainda ter origem em fenômenos de substituição. Acaustobiólitos são rochas de origem biológica não combustíveis formada de carapaças siliciosas de organismos marinhos.

3.3.4 Folhelhos

O folhelho é usado como fundente. Os folhelhos são rochas que possuem grãos de tamanho de argila. Diferenciam-se dos argilitos por que possuem lâminas finas e paralelas esfoliáveis, enquanto os argilitos apresentam as argilas com aspecto mais maciço. Os folhelhos são originados de rochas expostas ao intemperismo e erosão, sendo os sedimentos detríticos depositados em áreas baixas e planas dos continentes e oceanos. Com o acúmulo dos depósitos sedimentares, os mais antigos vão sendo soterrados em profundidade, ocorrendo então a diagênese, ou litificação. Em virtude da granulação muito fina, as rochas são muito suscetíveis a rearranjos mineralógicos, originando alguns minerais autigênicos, isto é, grupos de minerais formados durante a sedimentação ou na fase de diagênese precoce, podendo então indicar as condições físico-químicas dos ambientes de sedimentação. Esse rearranjo seria provavelmente a principal causa da litificação dos folhelhos. (http://www.rc.unesp.br)

Os folhelhos silicosos são caracterizados pelo alto teor de sílica, 85% de sua composição, o teor médio é de 58% de SiO₂. Os folhelhos aluminosos são assim chamados quando excedem 22% de Al₂O₃, a média de alumina é de 15,4%. (http://www.rc.unesp.br)

3.3.5 Magnesita

A magnesita é constituída pelo carbonato de magnésio. Sua representação química é expressa através da fórmula MgCO3, tendo composicionalmente 47,8% de MgO e 52,2% de CO2. As camadas de magnesita cristalina de origem metamórfica estão associadas às rochas xistosas e, quando de origem sedimentar, as rochas calcíticas são substituídas por soluções contendo magnésio, formando-se a dolomita como produto secundário. A magnesita é uma matéria-prima com um campo de aplicação bastante diversificado, tendo na indústria de refratário a sua principal área de concentração. É considerada, em geral, de interesse econômico quando o teor mínimo de MgO na base calcinada atinge patamar de 65%, além, naturalmente, de outras exigências relativas à sílica, ferro, cal e alumina que não devem exceder, em média, a faixa de 2,5% a 3,0%. (Behrens Correia, 2001)

3.3.6 Quartzo

O quartzo é anidrido silícico, material largamente disseminado nas rochas eruptivas, metamórficas e sedimentares. É um material persistente, inalterável pelo intemperismo e muito comum nas camadas sedimentares, formando os arenitos e nas rochas metamórficas formando os quartzitos. O quartzo possui baixo coeficiente de dilatação e má condutibilidade elétrica. O quartzo é a única forma de sílica estável abaixo de 870°C. A indústria utiliza o quartzo para diversos fins: na cerâmica, para o preparo de porcelanas e refratários; na metalurgia, é usado na composição do leito de fusão. É muito utilizado na fabricação de vidro e também na indústria eletrônica. (ABREU, 1973)

4 EKW & Ziegler

Realizou-se a visita na segunda empresa, a EKW & Ziegler em Pomerode. Na empresa houve a apresentação da história da empresa e de algumas matérias primas utilizadas para fabricação de refratários de alto desempenho, que são exportados principalmente para a Europa. A empresa possui uma boa estrutura de pesquisa e desenvolvimento. Possui laboratório bem equipado e conta com ótimos profissionais que estão permanentemente atentos às novidades tecnológicas.

4.1 MATÉRIAS primas utilizadas

Além do quartzo a empresa utiliza outras matérias prima na fabricação de refratários de alto desempenho.

Grande parte das matérias-primas utilizadas na indústria cerâmica tradicional é natural, encontrando-se em depósitos espalhados na crosta terrestre. Após a mineração, os materiais devem ser beneficiados, isto é desagregados ou moídos, classificados de acordo com a granulometria e muitas vezes também purificados. O processo de fabricação, propriamente dito, tem início somente após essas operações. As matérias-primas sintéticas são aquelas que individualmente ou em mistura foram submetidas a um tratamento térmico, que pode ser calcinação, sinterização, fusão e fusão/redução e as produzidas por processos químicos. (MORAES, 2006)

4.1.1 Alumina tabular

É obtida através da calcinação da alumina em temperatura próxima a de fusão do óxido de alumínio, em torno de 2020ºC. Apresenta dureza muito elevada e granulometria muito pequena.

4.1.2 Mulita

A mulita é um silicato de alumínio correspondendo a 71,8% de Al₂O₃ e 28,2% de SiO₂. Ela existe na natureza como uma raridade mineralógica, é obtida artificialmente por fusão ou pela sinterização. Por fusão são fabricados dois tipos: mulita escura e mulita branca. A mulita escura é obtida por processo semelhante ao do óxido de alumínio eletrofundido marrom, utilizando como matérias-primas o bauxito e o quartzo ou bauxito e a argila.A mulita branca obtida por processo semelhante ao óxido de alumínio eletrofundido branco, utilizando como matérias-primas alumina calcinada e quartzo. (SANTANA, 2007)

4.1.3 Carbeto de silício

O carbeto de silício é obtido por meio da reação de diferentes fontes de sílica (como areia e argila) e carbono (coque, alcatrão, grafite), utilizando-se fornos elétricos ou eletrodos de carbono. A temperatura de produção varia entre 1900ºC a 2400ºC e a duração do ciclo é de 36 a 40 horas. A cor do carbeto de silício varia desde um verde claro a um negro, em função das impurezas que contém. O grão em carbeto de silício é o mais duro e o mais afiado dos materiais usados em lixas. Devido a isso, os grãos abrasivos penetram rapidamente no material, removendo cavacos com maior agilidade. Sua elevada dureza e friabilidade são geralmente recomendadas para trabalhos na qual a pressão aplicada seja reduzida e em materiais dúcteis (como alguns metais não ferrosos e não metálicos), ou de baixa resistência mecânica, como mármore. (GONÇALVES)

4.1.4 Sílica Ativa

A sílica ativa, ou microssílica, é um resíduo oriundo das indústrias de ferro-ligas e silício metálico. Pelas suas propriedades químicas (teor de SiO2 > 85%) e físicas (superfície específica média de 20 m2/g) este material é considerado uma excelente pozolana que, quando usado no concreto, além de atuar quimicamente também atua de forma física, através do efeito microfíler. Desta forma, a sílica ativa é proposta como um material alternativo para melhorar as características de concretos e argamassas de revestimento superficial. O emprego deste material melhora as condições de porosidade, melhora a aderência pasta/agregado e a reação com os produtos de hidratação do cimento resultam em compostos mais resistentes, diminuindo a lixiviação e aumentando a resistência à abrasão. (DAL MOLIN, 2006)

4.1.5 Betonita

Bentonita é o nome genérico da argila composta predominantemente pelo argilomineral montmorilonita (55-70%), do grupo das esmectitas, independentemente de sua origem ou ocorrência. As esmectitas possuem como características principais o alto poder de inchamento, até 20 vezes seu volume inicial, capacidade de troca catiônica na faixa de 60 a 170 meq/100g e tixotropia. Estas características conferem à bentonita propriedades bastante específicas, que têm justificado uma vasta gama de aplicações nos mais diversos segmentos. (OLIVEIRA, 2004)

4.1.6 Negro de fumo

O negro de fumo, também conhecido como negro de carbono é constituído por partículas finamente divididas, que são obtidas por decomposição térmica ou combustão parcial de hidrocarbonetos gasosos ou líquidos. O negro de fumo possui duas propriedades que definem a maioria absoluta das suas aplicações: elevado poder de pigmentação e capacidade de, em mistura elevar substancialmente a resistência mecânica dos materiais. Um exemplo que ilustra o efeito reforçante em borrachas é o aumento da vida útil, de 8.000 km para 129.000 km, de alguns tipos de pneus, devido à adição de negro de fumo, ou seja, uma elevação de 16 vezes. (MONTENEGRO, 1998)

O negro de fumo não ocorre na natureza, devendo ser produzido por pirólise ou queima incompleta de materiais que contenham derivados de carbono. Devido às propriedades peculiares das partículas de negro de fumo, em especial o tamanho e a estrutura, as matérias-primas mais utilizadas são gases ou líquidos vaporizáveis. (MONTENEGRO, 1998)

O processo pelo qual o negro de fumo é produzido assemelha-se àquele que dá origem à fuligem em lamparinas, lareiras e motores de combustão. No entanto, enquanto a fuligem é um material indesejável, com propriedades e características variáveis, o negro de fumo possui especificações bem definidas, que podem ser reproduzidas com regularidade pelo controle das condições do processo de produção. A modificação das condições e do tipo de equipamento utilizado tem permitido o desenvolvimento contínuo de uma grande variedade de tipos de negros de fumo, com características ajustadas de forma crescente às necessidades específicas de cada aplicação. Estima-se que existam, atualmente, mais de 50 tipos comerciais de negro de fumo disponíveis. (MONTENEGRO, 1998)

5 mina de argila em Doutor Pedrinho

No município de Doutor Pedrinho, realizou-se a última etapa da visita de campo do dia 9 de maio de 2009. Visitou-se a mina de argila explorada pela Cerâmica Portobello, uma mina rica em argila ilito caulinítica.

Com relação à formação geológica do município de Doutor Pedrinho-SC, os solos em geral possuem textura argilosa, tornando a região em alvo para a extração de argila. A argila refratária encontrada na região é um material de grande interesse econômico para indústria. A partir dela se produz a cerâmica branca, caracterizada pela cor branca ou clara de queima de sua massa básica, em temperaturas superiores a 1.000° C, e sendo considerado um segmento da cerâmica tradicional. A preparação de um produto cerâmico desta classe abrange, de maneira geral, as seguintes etapas: seleção das matérias-primas, preparação, composição e homogeneização da massa cerâmica; formação dos corpos cerâmicos; secagem; queima; e acabamento (MOTTA, 2000).

As argilas são formadas por partículas finíssimas, no estado de dispersão, de silicatos hidratados de alumínio e outros metais. São substancias que têm plasticidade quando molhadas e rigidez depois de submetidas a aquecimento adequado. (ABREU, 1973)

As argilas são formadas pela alteração dos silicatos de alumínio componentes das rochas magmáticas, sedimentares e metamórficas. Os silicatos de alumínio mais abundantes são os feldspatos e as micas. É principalmente da decomposição desses minerais que resultam as grandes massas de argila que cobrem a superfície dos solos e enchem as depredações dos terrenos. Sua remoção dos pontos de origem e deposição posterior em outros locais dá o nascimento aos depósitos secundários de argilas estratificadas que ainda estão se formando nas baixadas alagáveis e no fundo dos lagos e mares. (ABREU, 1973)

A argila caolinita é um mineral branco, de partículas cristalinas, possui a fórmula química Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O. É o principal constituinte do caolim. Usa-se o termo geral ilita para indicar os minerais argilosos semelhantes à mica. As ilitas diferem das micas por ser menor, nelas, a substituição do silício pelo alumínio, por conterem água em maior quantidade e porque o potássio é substituído pelo cálcio e pelo magnésio. A ilita é constituinte principal em muitos folhelhos. (DANA, 1959)

O valor principal da argila na fabricação de produtos cerâmicos está no fato que, quando úmida, pode ser moldada em qualquer forma desejada e, depois, quando aquecida, parte da água combinada é expulsa, produzindo uma substância dura permanente. (DANA, 1969)

A argila constituinte dessa mina tem um alto teor de potássio e outros elementos alcalinos. Os elementos alcalinos são muito solúveis e possuem um baixo ponto de fusão, por isso são muito necessitados na indústria cerâmica para diminuir a temperatura dos fornos de queima, reduzindo assim o consumo de energia.

Durante a visita, observou-se a grande preocupação em recuperar a área degradada. A camada mais escura de solo que fica na superfície, é rica em matéria orgânica, consumida pela fauna e flora do local. Antes de retirar a argila necessitada para a cerâmica, é feita uma separação do solo mais escuro para posterior uso. Depois exploração da argila branca, que fica abaixo do solo escuro, o solo rico em matéria orgânica é recolocada na superfície explorada para ser utilizado na recuperação ambiental. Esta mina foi utilizada em diversas pesquisas científicas relacionadas à recuperação ambiental, produzindo inúmeros artigos, teses e monografias que foram destaque em diversos países.

CONCLUSÃO

Durante a visita de campo e as pesquisas em livros e artigos, observou-se a grande importância do estudo sobre a composição geológica das diversas áreas do planeta. Em tudo que é consumido pelo ser humano, grande parte dos componentes é extraída de minerais. Estes minerais devem ser primeiramente, localizados, caracterizados, extraídos e tratados para serem consumidos, direta ou indiretamente.

Têm grande importância também, os estudos químicos, físicos e biológicos dessas rochas e minerais constituintes. Por que é de suma importância conhecer as propriedades químicas e físicas dos materiais utilizados, para poder ter um bom aproveitamento e focar numa boa recuperação da área explorada.

Nos três locais visitados, a matéria prima mais utilizada é a argila. Esta por sua vez pode se apresentar com diversas composições, sendo assim, destinadas para diversos fins. Na mina de argila foram verificados dois tipos de argilas. Uma delas contém um elevado teor de potássio, possui cor branca e é bem siltosa. Usada na cerâmica. Em outro ponto a parte superior existe uma argila avermelhada, contendo um alto teor de ferro onde aquela argila é própria para fabricação de telhas.

As sucessões de rochas, folhelhos, arenito, constituem o planalto. As alterações das rochas, devido à erosão, intemperismo geram argila, a formação desse tipo de matéria prima se dá pelo processo de lixiviação de alguns cátions presentes na rocha original, como magnésio, potássio, alcalinos muito solúveis, formando assim os barros plásticos que ficaram depositados.

Com as observações e pesquisas bibliográficas, aprofundou-se o conhecimento sobre produtos produzidos na nossa região, com matéria prima, não sempre, mas na maioria das vezes locais, que são destaque pelo mercado internacional. Tudo isso desenvolvido e produzido por profissionais geralmente formados na nossa região. Dando ênfase de que temos condições plenas de melhorar a tecnologia, passando e recebendo informações atuais de novas tecnologias.

REFERÊNCIAS

ABREU, Sílvio Fróis. Recursos minerais do Brasil. 2. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1973. 1 v.

AUMOND, Juarês José. Relatório de pesquisa de argila de Campo Formoso, município de Doutor Pedrinho, SC. 1984.

BEHRENS CORREIA, Danilo Mário. Magnesita. Balanço Mineral Brasileiro 2001. DNPM. 2001.

DANA, James. Manual de mineralogia. Rio de Janeiro: USP, 1969. 2 v.

DAL MOLIN, Denise C. C. Estudo de concretos com adição de sílica ativa frente ao ataque de agentes agressivos para emprego em pisos especiais. UFRGS. Porto Alegre. 2006.

LYRA SOBRINHO, Antônio Christino Pereira de et al. Gipsita. Balanço Mineral Brasileiro 2001. DNPM. 2001.

MONTENEGRO, Ricardo Sá. Complexo Químico. Negro de Fumo. 1998.

MORAES, Ingrid de. Fabricação de placas cerâmicas. Redetec. São Paulo. 2006.

MOTTA, J. F. M. Panorama das matérias-primas utilizadas na indústria de revestimentos cerâmicos. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. (n. 2607). 2000. 7p.

OLIVEIRA, Mariano Laio de. Bentonita. 2004.

SANTANA, L. N. L. Influência das matérias primas em corpos cerâmicos contendo resíduo de caulim. UFCG. Salvador. 2007.

VALLEJO, Sérgio. Fabricação tijolo refratário. USP Inovação. São Paulo. 2006.

<http://www.rc.unesp.br/museudpm/rochas/sedimentares/folhelho.html> Acesso em: 18/05/2009.