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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Matheus Higino, Rafael Gaspar e Ramilton Furtado
Cerâmicas
Nepomuceno
 Junho 2015
ORIGEM DA CERÂMICA
A cerâmica é o material mais antigo utilizado pelo homem. Do grego “Kéramos” (“argila queimada” ou terra queimada), é um material muito resistente e de fácil fabricação. Pesquisas apontas que o uso desse material se iniciou há cerca de 10-15 mil anos. Peças de argila cozida foram encontradas em muitos sítios arqueológicos do Japão, que pertencia a uma civilização que existiu há cerca de 8 mil anos. No Egito e na China, a utilização da cerâmica remonta a mais de 5 mil anos. Cerâmica é uma combinação perfeita do que os antigos gregos consideravam como os 4 elementos que constituem o mundo. Ela é composta por terra, moldada com água, secada ao ar e consolidada mediante o fogo 
EXTRAÇÃO E PRODUÇÃO
Segue os seguintes passos:
Exploração da jazida (extração do barro);
Preparação da matéria-prima;
Moldagem;
Cozimento;
Vitrificação especial (às vezes).
a) Exploração da jazida:
Localização (em relação à indústria e centro consumidor);
Remoção da camada superficial (grande porcentagem de matéria orgânica);
Características geológicas (equipamentos adequados);
Topografia do local (facilidade de acesso);
Profundidade máxima;
Características do barro relacionadas com a aplicação: Teor de argila, Profundidade Granulometria, Umidade, etc.
Exemplo: Matéria orgânica: aumenta a porosidade; Carbonato de Cálcio e compostos sulfurosos: ocasionam surgimento de fendas
b) Preparação da matéria-prima:
Sazonamento (ou apodrecimento da argila: exposição às intempéries):
Fermentação da matéria-orgânica;
Lavagem de sais solúveis;
Desagregação dos torrões;
Oxidação de piritas (sulfeto de ferro).
Eliminação das impurezas grosseiras (sedimentação, centrifugação, etc.).
Maceração: Desintegração, trituração, peneiramento: para a obtenção de partículas menores.
Loteamento do barro: Correção para dar à mistura a constituição desejada relacionada à aplicação
Cerâmica fina: eliminação dos grãos graúdos por lavagem sedimentação e filtração;
Adição de areia fina ou argila já cozida e depois moída: diminuir a retração.
Observação: uma argila muito magra (com poucos colóides) se tornará muito porosa, Necessidade de corrigir o teor de argila.quebradiça e absorvendo muita umidade.
Amassamento e mistura: Adição da água ou não.
Proporciona a homogeneidade;
Prepara a pasta para a moldagem.
c) Moldagem:
Operação que vai dar a forma desejada à pasta cerâmica;
Acrescentando-se mais água: facilidade de moldagem, aumenta a contração na secagem e deformação, aumenta tempo de secagem, reduz consumo de energia;
d) Secagem: 
Objetivo: Evaporar a maior quantidade possível de água antes da queima.
Evaporação da água dos poros (sem retração) seguida por
Evaporação da água adsorvida (retração)
Necessidade de controlar a secagem: Se a velocidade de evaporação da água é superior à velocidade de difusão da mesma do centro para a superfície da peça. Geração de tensões internas diferenciais. Deformação da peça e fissuras. 
Velocidade de evaporação = velocidade de difusão.
e) Cozimento:
Vitrificação coesão
Uniformidade das temperaturas no interior do forno;
Rendimento máximo, diminuindo as perdas por irradiação.
As propriedades das cerâmicas dependem da constituição, cozimento, processo da moldagem, etc. Podem existir materiais cerâmicos, semicondutores, condutores e até mesmo supercondutores (estes dois últimos, em faixas especificas de temperaturas).
IMPACTOS AMBIENTAIS DAS INDÚSTRIAS DAS CERÂMICAS VERMELHAS
 (Devido ao alto potencial de poluição e utilização dos recursos naturais, o setor cerâmico deve seguir rigorosamente as legislações ambientais.
A legislação ambiental no setor de cerâmica exige documentação para liberar a instalação e operação da indústria e para a extração da argila, onde inclusive as normas de licenciamento ambiental deverão ser conhecidas e seguidas.
As empresas que funcionam sem a licença ambiental estão sujeitas às sanções previstas em lei, incluindo as punições relacionadas na Lei de Crimes Ambientais, instituída em 1998: advertências, multas, embargos, paralisação temporária ou definitiva das atividades. SEBRAE, 2008).
CONSUMO DE ÁGUA
A água é usada em grande quantidade em quase todas as etapas do processo de fabricação dos produtos cerâmicos, sendo que sua qualidade é essencial em etapas como preparação da argila, nos corpos de argila para extrusão e moldagem, entre outros (Adaptado de OLIVEIRA; MAGANHA, 2006)
CONSUMO ENERGÉTICO 
 Em função da necessidade de queima de seus produtos, a indústria cerâmica é um grande consumidor de energia, com uso principalmente centrado nos processos de secagem e queima, tendo o gás natural e o gás liquefeito de petróleo (GLP) empregados na maioria das empresas.
A energia elétrica por sua vez é empregada nas instalações e maquinários usados para a moagem, mistura das matérias-primas e para a conformação das peças, sendo consumida em quantidade bastante inferior àquela dos combustíveis 
 RESÍDUOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS 
Emissão de material particulado: manuseio e processamento da argila e de outras matérias-primas da indústria cerâmica levam à formação de pós, que podem ser dispersos no ambiente e causar problemas respiratórios.
A geração de efluentes líquidos nos processos cerâmicos são oriundos principalmente das águas de limpeza dos equipamentos que é feita ocasionalmente.
EMISSÕES GASOSAS
As emissões geradas no processo são devido à queima do energético: lenha, refil, óleo BPF ou o papel. Também existem emissões associadas ao transporte dos insumos (matérias-primas, energéticos, recursos humanos) e transporte do produto acabado até o consumidor. Outro aspecto a ser considerado nas emissões são os resíduos que eventualmente são incorporados à matéria-prima. Durante a queima, estes podem desprender gases que podem ser tóxicos, dependendo do tipo de resíduo.
A Figura apresenta as etapas do processo de produção de tijolos, blocos e telhas de cerâmica (extração, moldagem, secagem, queima e produto acabado) e seus aspectos e impactos ambientais considerados. As etapas apresentadas representam uma possibilidade de configuração e não são, necessariamente, a regra para todas as empresas do setor.
RESERVA POTENCIAIS DAS CERÂMICAS NO BRASIL
Em consequência da composição do substrato geológico brasileiro, que apresenta extensas coberturas sedimentares – bacias fanerozóicas e depósitos cenozóicos –, aliado à evolução geomorfológica, que propiciou a formação de expressivas coberturas residuais intempéricas, os depósitos de argilas para fins cerâmicos possuem ampla distribuição geográfica em todo território nacional. Segundo o contexto geológico, são distinguidos dois tipos principais de depósitos de argila: argilas quaternárias e argilas de bacias sedimentares. 
As principais jazidas brasileiras estão localizadas geralmente próximas aos pólos produtores de cerâmica vermelha e estão distribuídas em diversos estados, notadamente nas regiões sudeste e sul.
CONSTITUIÇÃO DAS CERÂMICAS.
	As cerâmicas são compostos inorgânicos sólidos que combinam átomos de metais e não metais nos quais as ligações vão das muito iônicas às covalentes. A partir da perspectiva relacionada aos materiais químicos, matérias-primas como a argila, que consiste principalmente de silicatos hidratados de várias composições, também são consideradas cerâmicas. Em geral, as cerâmicas são consideradas duras, relativamente inflexíveis e quebradiças, e normalmente são bons isolantes térmicos. Algumas cerâmicas podem ser eletricamente condutoras, mas a maioria delas é caracterizada por ser isolante térmico. As cerâmicas geralmente são opacas, ao passo que o vidro, outro tipo de cerâmica, pode ser opticamente transparente. Em geral, as argilas são misturas de alumina hidratada (Al2O3) e sílica (SiO2), mas também podem conter outros ingredientes como silicato de tricálcio (3CaO*SiO2), silicato de dicálcio(2CaO*SiO2) eMgO. Sua composição é irregular, porque são pós, sua cristalinidade se estende apenas por distâncias curtas. Outra características das argilas é a hidroplasticidade, que torna o material muito plástico quando é acrescentado água. Essa plasticidade e a capacidade de a argila manter sua forma durante o aquecimento são muito importantes para os processos de formação utilizados na criação de diversos objetos A estrutura molecular em camadas, típicas das argilas, resulta em lamelas microscópicas que podem facilmente deslizar umas sobre as outras, quando molhadas. As lamelas constituem de SiO4 tetraédrico unido a AlO6 octaédrico. Além das estruturas com base em alumínio é silício, que são mais básicas, diferentes cátions podem ser substituídos na estrutura para modificar as propriedades da argila. Substitutos comuns incluem Ca2+, Fe2+ e Mg2+. Diferentes materiais argilosos podem então ser criados pela variação de combinações de lamelas e dos cátions substituintes. Os refratários constituem uma classe de cerâmicas que é capaz de suportar temperaturas muito elevadas, sem deformar, em alguns caso, até 1650°C, e que é isolante térmico. Por essa razão, os tijolos refratários são utilizados em aplicações como revestimentos de fornos e em processos metalúrgicos. Parte desses materiais são isolantes térmicos, em virtude de sua porosidade na estrutura; ou seja, os buracos (ou poros) são uniformemente dispersos no interior do sólido. Em contrapartida, a porosidade enfraquece o material, deixando os refratários com resistência menor em relação ao cimento. O aerogel, material desenvolvido pela NASA, é um exemplo de cerâmica com grande habilidade de isolante térmico. Constituído de 99% de ar, e o restante consiste em uma matriz reticulada de SiO2. Isso torna o aerogel 1000 vezes menos denso do que o vidro. O uso da porosidade para aumentar as capacidades isolante originou a descoberta do aerogel. 
VIDROS
Vidro: origina-se da fusão de sílica – SiO2 – cristalina. Essa fusão forma um líquido viscoso cuja ligação não apresenta as características muito regulares dos sólidos cristalinos. Ao contrário de outros materiais cerâmicos, o vidro é uma substância não cristalina. Para sua fabricação, parte-se de uma mistura de sílica e outros óxidos, a qual é fundida e resfriada de modo a resultar uma condição rígida. De qualquer modo, a estrutura do vidro é tridimensional e os átomos ocupam posições definidas.
Processamento de Vidros: 
A produção de produtos de vidro compreende quatro etapas:
Fusão e refino 
 Conformação
 Tratamento térmico
 Acabamento 
Além dos materiais básicos, emprega-se sucata de vidro ou material rejeitado.
 Os fornos de fusão são de natureza contínua e a temperatura de fusão situa-se em torno de 1500°C.
 O vidro fundido é retirado continuamente do forno e levado à área de trabalho, onde é conformado a temperaturas em torno de 1000°C. 
Os métodos de conformação incluem: 
a) Sopragem ou insuflação, para fabricação de peças ocas, como garrafas. Ar é utilizado como elemento de insuflação. 
b) Compressão, que é o método de mais baixo custo. Utiliza-se uma prensa rotativa, dotada de moldes onde o vidro pastoso é colocado e submetido à pressão para obter-se a forma desejada. Por esse processo, fabricam-se de mesa e fogão, isoladores, lentes e refletores 
c) Estiramento, para fabricação de peças tubulares ou barras de vidro. No primeiro caso, força-se o vidro líquido a passar em torno de um mandril cônico de metal ou material cerâmico e sopra-se ar através de centro do mandril. Por estiramento ou laminação, produz-se chapas de vidro
 d) Fundição, restrita a formas simples e de grandes dimensões. É o método mais difícil de conformação de vidro.
 O tratamento térmico consiste em duas operações: recozimento e têmpera.
 O recozimento tem por objetivo eliminar as tensões que se desenvolvem no resfriamento do vidro, após a conformação, até a temperatura ambiente e consiste em aquecer-se o vidro até a faixa de temperaturas de recozimento, manutenção nessa temperatura durante um determinado tempo e resfriamento lento até a temperatura ambiente.
 A têmpera consiste no seu aquecimento a uma temperatura em torno do ponto de amolecimento, seguido de resfriamento rápido com jatos de ar ou mergulhando as peças em óleo.
 Resulta um material com uma camada superficial rígida sob compressão e uma interior sob tração, com o que, quando em serviço, as tensões de compressão das camadas externas resistem às tensões de tração, resultando uma resistência geral maior.
 Os vidros temperados são de três a cinco vezes mais resistentes que o vidro recozido, sem perder sua claridade inicial, nem sua dureza, nem o coeficiente de dilatação. O acabamento consiste em operações de polimento com ácido hidrofluorídrico; em coloração, pelo cobre ou compostos de prata; em metalização, para decoração ou conferir condutibilidade elétrica; acabamento mecânico, como esmerilhamento para eliminar cantos vivos, etc.
CERÂMCIAS CONDUTORAS
	A maior das cerâmicas são isolantes elétricos (possuem altos valores de resistividade), mas algumas são condutoras de eletricidade. 
Uma das propriedades mais observadas nas cerâmicas recentemente é a supercondutividade a temperaturas relativamente altas. A supercondutividade é um fenômeno pelo qual a resistividade de um material cai a quase zero em uma determinada temperatura, denominada temperatura crítica, TC. A maioria dos metais naturalmente tem resistividades que diminuem com a temperatura de maneira constante, mas ainda mantém uma resistividade significativa, mesmo com a temperatura próxima a zero kelvin.
	Alguns poucos metais e ligas metálicas têm demonstrado possuir a propriedade da supercondutividade. Contudo, no caso do metais, as temperaturas críticas são extremamente baixas, entre 0K e 20K. Atingir essa temperatura é um processo dispendioso, e mantê-las é uma tarefa difícil. Desse modo, recentemente, a atenção do meio cientifico tem sido direcionada para uma classe de cerâmicas com temperaturas críticas de superconjunção próximas de 100k. Esses materiais incluem YBa2Cu3O7, com Tc= 92K.
REFERÊNCIAS
 http://labvalores.paginas.ufsc.br/files/2012/05/capitulo7_cer%C3%A2mica.pdf 
http://www.anfacer.org.br/site/default.aspx?idConteudo=157&n=Hist%C3%B3ria-da-Cer%C3%A2mica 
Kotz, Jhon C. Química Geral e Reações Químicas, Vol 1. 6ª Ed. São Paulo Cengage Learning, 2013.
http://www.mme.gov.br/documents/1138775/1256650/P23_RT32_Perfil_da_Argila.pdf/b6fc71dc-3c0a-4eb1-b2a5-df62b2c3bec0
http://107.21.65.169/content/ABAAAgSegAK/impacto-ambiental-industria-ceramica-vermelha
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA0X8AD/ceramicas-condutoras