Processo de Fabricação do Cimento

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<p>CIMENTO</p><p>O que é cimento?</p><p>O cimento é uma commodity de baixa substitutibilidade. Presente em todo tipo de construção, dá mais</p><p>simples moradia até a mais complexa obra de infraestrutura, do início ao acabamento.</p><p>É o componente básico do concreto, que é o material mais consumido no planeta depois da água.</p><p>É um produto homogêneo, com variedade limitada de tipos e com especificações e processo de</p><p>fabricação semelhantes em todo o mundo.</p><p>Cimento Portland:</p><p>Cimento hidráulico produzido pela moagem de clínqueres constituídos essencialmente por silicatos de</p><p>cálcio hidráulicos e uma pequena quantidade de uma ou mais formas de sulfato de cálcio (ASTM C150 / NBR</p><p>5732).</p><p>O processo de fabricação:</p><p>Via Úmida - A matéria prima é moída e homogeneizada dentro da água.</p><p>Via Seca - A homogeneização se realiza a seco.</p><p>A primeira é a mais antiga e mais eficaz para obter homogeneização de materiais sólidos. Está em desuso pois</p><p>requer maior consumo de energia e está sendo substituída por via seca</p><p>Minério Fórmula Característica Função</p><p>Calcário cálcitico CaCO3 Teor de MgO de 0 a 4% sim</p><p>Calcário magnesiano MgCO3 Teor de MgO de 4 a 18% não</p><p>Calcário dolomítico CaMg(CO3)2 Teor de MgO maior que 18% não</p><p>Argila Al2O3</p><p>Fe2O3</p><p>SiO2</p><p>sim</p><p>Gesso CaSO4 sim</p><p>✓ Extração da matéria-prima</p><p>o Calcário: A principal matéria-prima do cimento é o calcário, que é extraído de pedreiras. Ele fornece o</p><p>carbonato de cálcio necessário para o processo.</p><p>o Argila: A argila é outra matéria-prima essencial, fornecendo silicatos de alumínio.</p><p>o Outros Materiais: Outros componentes, como minério de ferro e sílica, podem ser adicionados para</p><p>ajustar a composição química.</p><p>✓Britagem</p><p>O calcário e a argila são triturados em britadores para reduzir seu tamanho, facilitando o processamento</p><p>posterior. O material é então armazenado temporariamente em depósitos.</p><p>✓Pré-homogeneização e Dosagem</p><p>O material britado é transportado para a fábrica e armazenado em silos verticais ou armazéns horizontais.</p><p>Essa armazenagem pode ser combinada com uma função de pré-homogeneização que consiste em colocar por</p><p>camadas o calcário e a argila.</p><p>As matérias-primas selecionadas são depois dosificadas, tendo em consideração a qualidade do produto a</p><p>obter (clínquer). Essa dosagem é efetuada com base em parâmetros químicos pré-estabelecidos .</p><p>Clínquer - 75-80% de calcário 20-25% de argila.</p><p>✓Moagem do “cru”:</p><p>Granulometria 3% retida peneira 100 (0,150 mm) e 13% 170 (0,088mm)</p><p>A mistura de calcário e argila (e possivelmente outros materiais) é moída finamente em um moinho de cru,</p><p>formando um pó fino conhecido como "farinha crua". Essa moagem é crucial para garantir que os componentes</p><p>sejam misturados de maneira homogênea. Simultaneamente à moagem ocorre um processo de adição de</p><p>outros materiais: areia (SiO2), cinzas de pirite (Fe2O3) e bauxite (Al2O3), de forma a obter as quantidades</p><p>pretendidas dos compostos que constituem o "cru": cálcio, sílica, alumínio e ferro, essenciais na fabricação do</p><p>cimento.</p><p>✓Homogeneização</p><p>A mistura de “cru”, devidamente dosada e com a finura adequada, deve ter a sua homogeneização assegurada</p><p>para permitir uma perfeita combinação dos elementos formadores do Clínquer.</p><p>A homogeneização é executada em silos verticais de grande porte, através de processos pneumáticos e por</p><p>gravidade.</p><p>✓Pré-aquecimento</p><p>A farinha crua é alimentada em uma torre de pré-aquecimento onde é aquecida por gases quentes provenientes</p><p>do forno. Esse pré-aquecimento reduz a quantidade de combustível necessária no forno, tornando o processo</p><p>mais eficiente. será aquecido ao passar pela torre de ciclones, onde é iniciado a fase de pré-aquecimento. Na</p><p>torre dá-se a descarbonatação e inicia-se a pré-calcinação do material.</p><p>MgCO3 (sólido) (340°C) → MgO (sólido) + CO2 (gasoso)</p><p>CaCO3 (sólido) → CaO (sólido) + CO2 (gás)</p><p>2CaO + SiO2 (1200°C) → 2CaO.SiO2 = silicato dicálcico -belita</p><p>2CaO.SiO2 + CaO (1260 a 1450°C) → 3CaO.SiO2 = silicato tricálcico – alita</p><p>NO FORNO - Clínquerização: A mistura de CaO, SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃ é aquecida a cerca de 1450°C, formando</p><p>os principais compostos do cimento: C3S, C2S, C3A, e C4AF.</p><p>C3S - Silicato Tricálcico - (3CaO • SiO2); 10% a 20%</p><p>C2S - Silicato Bicálcico (2CaO • SiO2); - 40% a 70%</p><p>C3A - Aluminato Tricálcico (3CaO • Al2O3); - 7% a 15%</p><p>C4AFe - Ferro aluminato Tetracálcico (4CaO • Al2O3 • Fe2O3). - 7% a 15%</p><p>• C3S (silicato tricálcico): Formado pela reação entre CaO e SiO₂. Contribui para a resistência inicial do</p><p>cimento.</p><p>• C2S (silicato dicálcico): Também formado pela reação entre CaO e SiO₂, mas em proporção diferente.</p><p>Contribui para a resistência a longo prazo.</p><p>• C3A (aluminato tricálcico): Formado pela reação de CaO com Al₂O₃. Afeta o tempo de pega e a reatividade</p><p>do cimento.</p><p>• C4AF (ferrato tetracálcico): Formado pela reação de CaO, Al₂O₃ e Fe₂O₃. Dá cor ao clínquer e influencia a</p><p>velocidade de hidratação.</p><p>C2S (Silicato Dicálcico)</p><p>• Resistência: Ganha importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo</p><p>largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. Contribui pouco para a</p><p>resistência inicial.</p><p>• Calor de Hidratação: Pouco contribui para a liberação de calor durante a hidratação.</p><p>• Tempo de Pega: Hidrata lentamente e, portanto, não influencia o tempo de pega do cimento.</p><p>C3S (Silicato Tricálcico)</p><p>• Resistência: É o principal responsável pelo desenvolvimento de resistência em todas as idades,</p><p>especialmente até o final do primeiro mês de cura.</p><p>• Calor de Hidratação: É o segundo componente mais importante no processo de liberação de calor</p><p>durante a hidratação.</p><p>• Tempo de Pega: Também é o segundo composto mais influente no tempo de pega do cimento,</p><p>contribuindo significativamente para o início do endurecimento.</p><p>C3A (Aluminato Tricálcico)</p><p>• Resistência: Contribui para o desenvolvimento de resistência, especialmente no primeiro dia após a</p><p>aplicação.</p><p>• Calor de Hidratação: Contribui significativamente para o calor de hidratação, particularmente no</p><p>início do período de cura, devido à sua alta reatividade.</p><p>• Tempo de Pega: Quando presente em forma cristalina, é responsável pela rapidez da pega. O tempo de</p><p>hidratação pode ser controlado com a adição de gesso em proporções convenientes, retardando a</p><p>reação.</p><p>C4AFe (Ferro Aluminato de Cálcio)</p><p>• Resistência: Não contribui para a resistência do cimento.</p><p>• Calor de Hidratação: Contribui pouco para a liberação de calor durante a hidratação.</p><p>• Tempo de Pega: Hidrata lentamente, não tendo efeito significativo sobre o tempo de pega do cimento.</p><p>-Um resfriamento rápido é importante para não ocorrer a formação de PERICLÁSIO (Mg(OH)) e reações</p><p>reversíveis.</p><p>✓Cozedura</p><p>Com as transformações físico-químicas ocorridas na torre de ciclones devido às variações térmicas, o "cru" dá</p><p>lugar à farinha, produto apto para entrar no forno.</p><p>Ao entrar no forno, a farinha desloca-se lentamente até ao fim deste passando por um processo de</p><p>clinquerização (1300~1500ºC), resultando no clinquer, produto com aspecto de bolotas escuras.</p><p>✓Resfriamento</p><p>O clínquer quente que sai do forno é resfriado rapidamente em um resfriador de clínquer. Esse resfriamento</p><p>rápido ajuda a estabilizar as propriedades químicas do clínquer.</p><p>✓Moagem e adições</p><p>O cimento resulta da moagem do Clínquer, Gesso e Aditivos (cinzas volantes, escórias de alto forno, filler</p><p>calcário) que irão dar as características ao cimento.</p><p>Após a moagem, o cimento produzido é normalmente transportado por via pneumática ou mecânica e</p><p>armazenado em silos ou armazéns horizontais.</p><p>Função do Gesso no Cimento</p><p>Controle do Tempo de Pega: Tempo de Pega: Refere-se ao tempo que o cimento leva para começar a endurecer</p><p>após ser misturado com água. Adição de Gesso: Durante a moagem do clínquer no moinho de cimento, é</p><p>adicionado gesso (sulfato de cálcio di-hidratado - CaSO₄·2H₂O). O gesso controla a velocidade da</p><p>reação de</p><p>hidratação do cimento, que é a reação química que ocorre entre o cimento e a água. Sem Gesso: Se o gesso não</p><p>for adicionado, o cimento hidrataria muito rapidamente, resultando em um endurecimento quase imediato, o</p><p>que tornaria o trabalho com o cimento muito difícil ou impraticável.</p><p>✓Embalagem e Expedição</p><p>Na forma de granel é transferido diretamente do silo de armazenagem para caminhões-cisterna, cisternas para</p><p>transporte ferroviário ou para navios de transporte de cimento.</p><p>Na forma de saco, o cimento é embalado (através de máquinas ensacadeiras) e depositados em paletes.</p><p>O cimento pode estragar se não for armazenado corretamente, principalmente devido à absorção de umidade,</p><p>que provoca empedramento e perda de suas propriedades de ligação. Além disso, a exposição prolongada ao</p><p>ar e a contaminação por outros materiais também podem comprometer sua qualidade. Mesmo em condições</p><p>ideais, o cimento tem uma vida útil limitada, geralmente de 3 a 6 meses, após os quais ele pode perder sua</p><p>capacidade de hidratar adequadamente e, portanto, sua resistência.</p><p>RESULTADO DA HIDRATAÇÃO DOS COMPOSTOS DO CIME</p><p>Após a hidratação dos compostos do cimento tem-se como resultado a formação do gel de C-S-H, Hidróxido de</p><p>cálcio Ca(OH)2 e a etringita.</p><p>Os C-S-H (Silicato de cálcio Hidratado) representam de 50 a 60% do volume de sólidos da pasta totalmente</p><p>hidratada, sendo responsáveis por suas principais propriedades. O C3S2H3 (gel de C-S-H) e o Hidróxido de</p><p>Cálcio são os produtos da hidratação tanto do C3S como do C2S . E a etringita é resultado da hidratação</p><p>do C3A com o gesso, adicionado na fabricação do cimento.</p><p>Por fim, a hidratação do Aluminato Trícalcico é certamente a mais rápida e intensa. Por esse motivo é adicionado</p><p>gesso na fabricação do cimento, pois ele é capaz de reagir com o C3A e formar a etringita (C6ASS3H32) que</p><p>são cristais que impedem a hidratação relâmpago do cimento, mantendo o tempo de pega razoável. Caso não</p><p>seja adicionado gesso e formado a etringita durante a hidratação o cimento pegará muito rapidamente e perderá</p><p>sua trabalhabilidade em poucos minutos.</p><p>Hidratação do Aluminato - C3A+3CSH2+26H= C6ASS3H32)</p><p>--- O sulfato de cálcio (gesso), que se dissolveu na água, reage nos primeiros minutos, com parte do C3A do</p><p>grão do cimento, formando etringite, na superfície do grão.</p><p>--- O grão de cimento fica totalmente coberto pela etringite.</p><p>--- Isso impede, por 2 à 4 horas a continuação da hidratação do grão de cimento.</p><p>--- É o chamado período de dormência.</p><p>-Após o período de dormência, ocorre a hidratação do C3S, do C2S e do C4AF.</p><p>Aditivos suas características químicas e aplicação.</p><p>Superplastificantes: Aumentam a fluidez do cimento sem adicionar água. Compostos como policarboxilatos</p><p>são comumente usados. Aplicação: Melhoram a trabalhabilidade do concreto e reduzem a relação</p><p>água/cimento.</p><p>Retardadores: Compostos como sais de ácidos orgânicos (e.g., gluconatos) que retardam o tempo de pega do</p><p>cimento. Aplicação: Úteis em climas quentes ou para concretagem de grandes volumes.</p><p>Aceleradores de pega: Compostos como cloreto de cálcio (CaCl₂) que aceleram o tempo de pega e</p><p>endurecimento do cimento. Aplicação: Utilizados em climas frios ou quando há necessidade de desforma</p><p>rápida.</p><p>Aditivos impermeabilizantes: Hidrofóbicos como silicatos que reduzem a absorção de água. Aplicação:</p><p>Melhoram a resistência à penetração de água e, portanto, a durabilidade.</p><p>Aditivos incorporadores de ar: Compostos como resinas vinílicas que introduzem microbolhas de ar no cimento.</p><p>Aplicação: Melhoram a resistência ao gelo e degelo, aumentando a durabilidade em climas frios.</p><p>VIDRO</p><p>Definição de Vidro</p><p>• O vidro é um produto inorgânico obtido por fusão e resfriado até atingir um estado rígido sem sofrer</p><p>cristalização.</p><p>• É caracterizado por sua falta de ordem de longo alcance em sua estrutura atômica, o que significa que</p><p>os átomos não se organizam em um padrão repetitivo, como acontece nos cristais.</p><p>• O vidro é mantido abaixo da temperatura onde rearranjos atômicos ou moleculares podem ocorrer</p><p>dentro do tempo de experimento, garantindo que ele permaneça amorfo.</p><p>Tipos de Materiais</p><p>• Material Cristalino:</p><p>o Apresenta uma estrutura ordenada com uma organização atômica regular e repetitiva.</p><p>o Exemplos incluem cristais de sal, gelo e quartzo.</p><p>• Material Vítreo:</p><p>o É o estado amorfo do material, ou seja, sem uma estrutura ordenada de longo alcance.</p><p>o É obtido pelo resfriamento rápido de um líquido que impede a cristalização.</p><p>Gráfico de Material Cristalino:</p><p>• Comportamento: Neste gráfico, o volume específico de um material cristalino diminui de forma</p><p>contínua e linear à medida que a temperatura diminui. Quando o material atinge a temperatura de fusão</p><p>Tm ele solidifica abruptamente, resultando em uma mudança súbita no volume específico.</p><p>• Característica: O material cristalino apresenta uma estrutura ordenada, e a transição da fase líquida</p><p>para a sólida é bem definida e ocorre em uma temperatura específica, Tm.</p><p>Gráfico de Material Vítreo:</p><p>• Comportamento: Diferente dos materiais cristalinos, o material vítreo (vidro) não solidifica de maneira</p><p>abrupta. Em vez disso, quando resfriado, o vidro passa por uma transição gradual do estado líquido para</p><p>o estado sólido sem uma mudança súbita no volume específico. Esse processo ocorre em torno de uma</p><p>temperatura chamada de temperatura de transição vítrea (Tg).</p><p>• Característica: O vidro não tem uma estrutura cristalina ordenada e, portanto, a transição de líquido</p><p>para sólido é gradual, resultando em uma curva suave no gráfico de volume específico versus</p><p>temperatura.</p><p>Gráfico de Resfriamento Rápido e Lento:</p><p>• Comportamento: Este gráfico compara o efeito de diferentes taxas de resfriamento sobre o volume</p><p>específico do material. Um resfriamento rápido pode impedir a cristalização completa, resultando em</p><p>uma curva que se aproxima mais de um material vítreo, enquanto um resfriamento lento permite a</p><p>formação de cristais, aproximando-se do comportamento de um material cristalino.</p><p>• Característica: A taxa de resfriamento influencia diretamente se o material se tornará vítreo (não</p><p>cristalino) ou cristalino. Resfriamentos rápidos tendem a evitar a formação de cristais, levando a um</p><p>material amorfo, enquanto resfriamentos lentos favorecem a cristalização.</p><p>Sistemas Formadores de Vidro</p><p>• Óxidos Formadores de Rede:</p><p>o SiO₂ (Dióxido de Silício): Principal componente do vidro de sílica e de muitos outros tipos de</p><p>vidros.</p><p>o B₂O₃ (Trióxido de Boro): Utilizado para produzir vidros resistentes ao choque térmico, como o</p><p>borossilicato.</p><p>• Vidros Metálicos:</p><p>o Compostos de metais ferromagnéticos (como Fe, Co, Ni) e não-metais (como B e Si).</p><p>o São usados em aplicações como transformadores de potência, sensores magnéticos e</p><p>cabeçotes de gravação, devido às suas propriedades magnéticas e mecânicas.</p><p>o A fabricação envolve resfriamento extremamente rápido (da ordem de 10^6 K/s).</p><p>Principais Vidros Óxidos</p><p>• Vidro de Sílica Fundida:</p><p>o Contém mais de 99,5% de SiO₂.</p><p>o É difícil de fundir e processar, mas é estável em temperaturas elevadas, sendo usado até 1000°C.</p><p>• Vidro Soda-Cal:</p><p>o Contém 70-75% de SiO₂, com adições de Na₂O, CaO, e outros.</p><p>o Amplamente utilizado em aplicações como janelas, garrafas e lâmpadas, devido ao seu baixo</p><p>custo e facilidade de fabricação.</p><p>• Vidro Borossilicato:</p><p>o Composto de SiO₂ (73-82%), B₂O₃ (5-20%), entre outros óxidos.</p><p>o Destaca-se por sua baixa expansão térmica e alta resistência ao choque térmico, sendo</p><p>amplamente usado na indústria química.</p><p>Processos de Fabricação do Vidro</p><p>• Forno de Potes:</p><p>o Utilizado para a produção em pequenas quantidades.</p><p>o Operação intermitente, com capacidade variando de 250 a 1000 litros por pote.</p><p>o Cada forno pode conter até 24 potes, e o ciclo de operação (alimentação e coleta do vidro) dura</p><p>cerca de 8 horas.</p><p>• Forno Tanque:</p><p>o</p><p>Projetado para produção contínua e em grande escala.</p><p>o Alimentação e extração de vidro ocorrem nas extremidades opostas do forno.</p><p>o As dimensões típicas incluem altura de 0,90-1,5 m, largura de 2-10 m e comprimento de 3-15 m.</p><p>➢ Prensagem = pratos</p><p>➢ Sopro = garrafas</p><p>➢ Laminação ou estiramento = vidro plano = flutuação em estanho</p><p>➢ Fiação = fios, fibras</p><p>Tratamentos Térmicos do Vidro</p><p>• Recozimento (Annealing):</p><p>o O vidro é aquecido a uma temperatura específica, seguida de um resfriamento controlado.</p><p>o Esse processo alivia as tensões internas causadas pelo rápido resfriamento durante a</p><p>fabricação, prevenindo quebras ou falhas prematuras.</p><p>• Têmpera (Tempering):</p><p>o O vidro é aquecido a uma temperatura acima do ponto de transição vítrea (Tg) mas abaixo do</p><p>ponto de amolecimento.</p><p>o Em seguida, é resfriado rapidamente, criando uma camada externa de compressão e uma</p><p>interna de tração, o que aumenta significativamente a resistência mecânica do vidro.</p><p>Cores e Estado REDOX no Vidro</p><p>• A cor do vidro pode ser controlada através do estado de oxidação dos elementos presentes:</p><p>o Ferro (Fe): Na forma oxidada (Fe₂O₃), o vidro assume uma cor amarelo-verdosa. Quando em</p><p>estado reduzido (FeO), adquire uma coloração azul-verdosa.</p><p>o Cromo (Cr): Oxidado como Cr₂O₃, o vidro é amarelo-verdoso; na forma reduzida (CrO₃), é verde</p><p>intenso.</p><p>• Vidros com combinações desses elementos podem ter cores variadas, como âmbar, verde ou azul,</p><p>dependendo do controle do estado REDOX durante a produção.</p><p>O vidro âmbar obtém sua cor característica através da combinação de íons Fe³⁺, S²⁻ e Na⁺. A cor é controlada</p><p>pelo nível redox do vidro, que é ajustado usando carvão como agente redutor, ajudando a manter o ferro na</p><p>forma Fe²⁺, que, em combinação com o enxofre, contribui para a cor âmbar, e sulfato de sódio ou gesso</p><p>como agentes oxidantes. Para obter a tonalidade âmbar desejada, o teor ideal de Fe₂O₃ no vidro deve ser de</p><p>0,28% a 0,30% em peso</p><p>Produção do Vidro</p><p>• A produção envolve três etapas principais:</p><p>1. Preparação da Composição: Mistura de matérias-primas como areia de quartzo (SiO₂),</p><p>carbonatos de sódio (Na₂CO₃) e outros óxidos.</p><p>2. Fusão: As matérias-primas são fundidas em fornos a altas temperaturas.</p><p>3. Conformação: O vidro fundido é moldado em diferentes formas e resfriado para solidificação.</p><p>Produtos de Vidro</p><p>• Os vidros podem ser fabricados para diversas finalidades, incluindo:</p><p>o Embalagens (garrafas, frascos).</p><p>o Vidros Domésticos (copos, pratos).</p><p>o Vidros Planos (janelas, portas).</p><p>o Lã de Vidro (isolamento térmico e acústico).</p><p>o Fibra de Vidro (materiais compostos e isolantes)</p><p>CERÂMICAS</p><p>Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa são expostos a um tratamento térmico não-mensurável,</p><p>que dura o suficiente para permitir que reações desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando</p><p>produtos heterogêneos e não-estequiométricos, conhecidos com o nome de materiais cerâmicos.</p><p>Materiais cerâmicos são compostos sólidos formados pela aplicação de calor, algumas vezes calor e pressão,</p><p>constituídos por ao menos</p><p>◼ um metal (M) e um sólido elementar não-metálico (SENM) ou um não-metal (NM),</p><p>◼ dois SENM, ou</p><p>◼ um SENM e um não-metal (NM)</p><p>Produtos e aplicações</p><p>Térmica Elétrica Magnética Ótica Nuclear Química Biológica Mecânica Estética</p><p>Matérias-Primas para Cerâmicas:</p><p>• Argilas: São os componentes básicos mais usados. Dependendo da composição química e da</p><p>mineralogia, a argila influencia as propriedades finais da cerâmica, como resistência e porosidade.</p><p>• Sílica (SiO₂): Usada para melhorar a resistência e controlar a expansão térmica.</p><p>• Alumina (Al₂O₃): Aumenta a resistência e a durabilidade da cerâmica.</p><p>• Fundentes: Compostos como feldspato e óxidos alcalinos são adicionados para baixar a temperatura</p><p>de fusão das matérias-primas, facilitando a sinterização.</p><p>Processos de Fabricação de Materiais Cerâmicos:</p><p>• O processo geral de fabricação envolve etapas como a preparação das matérias-primas,</p><p>conformação, secagem e queima. Cada etapa é crucial para determinar a microestrutura e as</p><p>propriedades finais do produto cerâmico.</p><p>• Conformação: Pode ser feita por métodos como prensagem, extrusão ou moldagem por injeção. O</p><p>método escolhido depende do tipo de cerâmica e das suas aplicações finais.</p><p>• Secagem e Queima: Após a conformação, o material passa por uma secagem cuidadosa para evitar</p><p>rachaduras. A queima, por sua vez, é realizada em temperaturas elevadas e determina as</p><p>propriedades finais da cerâmica, como a resistência mecânica e a densidade.</p><p>Propriedades dos Materiais Cerâmicos:</p><p>• Resistência Mecânica: Cerâmicas são conhecidas por sua alta resistência à compressão, mas têm</p><p>uma resistência fraca à tração.</p><p>• Resistência ao Calor: Um dos maiores benefícios dos materiais cerâmicos é sua resistência a altas</p><p>temperaturas sem deformação significativa.</p><p>• Propriedades Elétricas e Magnéticas: Algumas cerâmicas são isolantes elétricos e outras, como</p><p>ferritas, têm propriedades magnéticas importantes em diversas aplicações tecnológicas.</p><p>PROVA</p><p>1. Cite as matérias-primas utilizadas na produção do cimento explicando a sua função na obtenção do</p><p>produto e descreva os principais tipos de cimento em função da sua composição.</p><p>Matérias-primas:</p><p>• Calcário: Principal fonte de carbonato de cálcio (CaCO₃), essencial para a formação de óxido de</p><p>cálcio (CaO) durante a queima, que é um dos principais componentes do clínquer.</p><p>• Argila: Fonte de sílica (SiO₂), alumina (Al₂O₃) e óxidos de ferro, que reagem com o óxido de cálcio para</p><p>formar os silicatos e aluminatos de cálcio, essenciais para as propriedades do cimento.</p><p>• Areia: Pode ser adicionada para ajustar o teor de sílica.</p><p>• Minérios de ferro: Podem ser adicionados para ajustar o teor de ferro.</p><p>Principais tipos de cimento:</p><p>• Cimento Portland Comum (CPC): Contém clínquer e gesso, utilizado na construção civil.</p><p>• Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV-ARI): Modificado para obter alta resistência nos</p><p>primeiros dias.</p><p>• Cimento Portland Pozolânico (CP IV): Inclui pozolana, que é um material silicoso ou silico-aluminoso</p><p>que melhora a durabilidade.</p><p>• Cimento Portland com Fíler (CP II-F): Contém fíler, que é um material inerte utilizado para reduzir o</p><p>custo sem comprometer significativamente a qualidade.</p><p>2. Explique o que é fator de saturação da cal, módulo sílica e módulo alumina e comente a importância</p><p>destes fatores para a aptidão da farinha à clinquerização.</p><p>Fator de Saturação da Cal (LSF):</p><p>• É a relação entre o teor de CaO disponível e a quantidade de CaO necessária para combinar com SiO₂,</p><p>Al₂O₃ e Fe₂O₃. Um LSF adequado assegura que todo o CaO seja consumido, evitando o excesso que</p><p>pode causar problemas no cimento.</p><p>Módulo Sílica (MS):</p><p>• Relação entre SiO₂ e a soma de Al₂O₃ e Fe₂O₃. Um MS adequado garante uma boa proporção de</p><p>silicatos e aluminatos, essenciais para a resistência do cimento.</p><p>Módulo Alumina (MA):</p><p>• Relação entre Al₂O₃ e Fe₂O₃. Um MA ajustado garante a formação correta dos aluminatos de cálcio,</p><p>que influenciam na velocidade de hidratação e resistência inicial do cimento.</p><p>Importância:</p><p>• Esses fatores são cruciais para garantir que a farinha de matéria-prima possua a composição química</p><p>ideal para a formação do clínquer, resultando em um cimento com propriedades adequadas de</p><p>resistência e durabilidade.</p><p>3. Explique o processo de clinquerização comentando as principais etapas térmicas do processo e as</p><p>substâncias produzidas no processamento térmico das matérias-primas.</p><p>Processo de Clinquerização:</p><p>1. Pré-aquecimento: A farinha de matéria-prima é pré-aquecida em ciclones a temperaturas de 900-</p><p>1000°C, iniciando a decomposição do carbonato de cálcio (CaCO₃) em óxido de cálcio (CaO) e dióxido</p><p>de carbono (CO₂).</p><p>2. Calcinação: A 1000-1300°C, a maior parte do CaCO₃ é convertida em CaO.</p><p>3. Sinterização: A temperaturas de 1400-1450°C, ocorre a fusão parcial</p><p>das matérias-primas e a</p><p>formação dos principais compostos do clínquer, como os silicatos de cálcio (C3S e C2S).</p><p>4. Resfriamento: O clínquer é rapidamente resfriado para evitar a decomposição dos compostos</p><p>formados e garantir a formação de cristais desejáveis.</p><p>Substâncias Produzidas:</p><p>• Silicato tricálcico (C3S): Principal responsável pela resistência inicial do cimento.</p><p>• Silicato dicálcico (C2S): Proporciona resistência em idades mais avançadas.</p><p>• Aluminato tricálcico (C3A): Responsável pela pega inicial.</p><p>• Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): Contribui para a cor e algumas propriedades mecânicas do</p><p>cimento.</p><p>4. Explique o processo de endurecimento do cimento comentando o papel da etringita e das moléculas</p><p>constituintes do cimento na sua pega e resistência.</p><p>Endurecimento do Cimento:</p><p>• O processo de endurecimento começa com a hidratação dos componentes do clínquer, formando</p><p>produtos que se cristalizam e interligam, gerando a resistência do material.</p><p>Papel da Etringita:</p><p>• Formada pela reação do aluminato tricálcico (C3A) com o sulfato de cálcio e água, a etringita é um</p><p>composto que contribui para a pega inicial do cimento. Sua formação é crítica, pois, em quantidades</p><p>adequadas, melhora a resistência inicial, mas o excesso pode causar expansões indesejadas e</p><p>fissuras.</p><p>Outras Moléculas:</p><p>• C3S (Alita): Hidrata rapidamente, proporcionando alta resistência inicial.</p><p>• C2S (Belita): Hidrata mais lentamente, contribuindo para a resistência a longo prazo.</p><p>• C3A e C4AF: Participam da reação com sulfatos para formar compostos que influenciam a pega e o</p><p>desenvolvimento inicial da resistência.</p><p>5. Represente esquematicamente o processo geral de fabricação de cerâmicas descrevendo os</p><p>equipamentos e o tipo de massa utilizada em cada tipo de processo de produção.</p><p>Esquema Geral de Fabricação de Cerâmicas:</p><p>1. Preparação da Massa:</p><p>o Massa Plástica: Para peças moldadas (como tijolos e telhas), requer misturadores e</p><p>extrusoras.</p><p>o Massa de Barbotina: Para peças finas (como louças), requer moinhos e tanques de mistura.</p><p>2. Conformação:</p><p>o Extrusão: Utilizada para massas plásticas, formando perfis contínuos.</p><p>o Moldagem por colagem: Utilizada para barbotinas, onde a barbotina é vertida em moldes de</p><p>gesso.</p><p>3. Secagem:</p><p>o Secadores: Removem a água das peças conformadas para evitar deformações durante a</p><p>queima.</p><p>4. Queima:</p><p>o Forno: Realiza a sinterização das peças, promovendo a consolidação e desenvolvimento das</p><p>propriedades mecânicas.</p><p>5. Acabamento:</p><p>o Esmaltagem e Pintura: Para decoração e acabamento superficial.</p><p>6. Explique a importância da granulometria e como realizada o seu controle na qualidade final de um</p><p>artefato cerâmico.</p><p>Importância da Granulometria:</p><p>• A granulometria afeta a plasticidade, retração, porosidade e resistência do produto cerâmico. Uma</p><p>distribuição granulométrica adequada é essencial para evitar defeitos como rachaduras, deformações</p><p>e porosidade excessiva, que comprometeriam a qualidade final.</p><p>Controle de Granulometria:</p><p>• Peneiramento: Utilizado para classificar as partículas de acordo com o tamanho.</p><p>• Moinhos: Ajustam o tamanho das partículas conforme a necessidade.</p><p>• Análise a Laser: Pode ser utilizada para uma avaliação mais precisa da distribuição granulométrica.</p><p>7. Cite quatro aditivos e a sua função no processo de produção de cerâmicas.</p><p>Aditivos:</p><p>1. Desfloculantes: Reduzem a viscosidade da barbotina, facilitando a moldagem por colagem.</p><p>2. Plastificantes: Aumentam a plasticidade da massa, melhorando a conformação das peças.</p><p>3. Ligantes: Ajudam na coesão das partículas cerâmicas, evitando quebras durante o manuseio.</p><p>4. Defloculantes: Promovem a dispersão das partículas, evitando a sedimentação na barbotina.</p><p>8. Cite técnicas analíticas instrumentais de caracterização e controle de qualidade e a sua função nos</p><p>processos de produção de cimento e cerâmicas.</p><p>Técnicas Analíticas:</p><p>1. Difração de Raios X (DRX): Utilizada para identificar as fases cristalinas presentes no cimento e</p><p>cerâmicas, garantindo a qualidade dos produtos.</p><p>2. Espectroscopia de Fluorescência de Raios X (FRX): Determina a composição química das matérias-</p><p>primas e produtos finais.</p><p>3. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): Avalia a microestrutura das superfícies, importante para</p><p>análise de falhas e qualidade do produto.</p><p>4. Análise Térmica (DTA/TGA): Avalia as reações térmicas das matérias-primas, ajudando a otimizar o</p><p>processo de queima.</p><p>9. Desenvolva um projeto para a implantação de uma fábrica de artefatos de vidro (escolha um tipo de</p><p>artefato) considerando as matérias-primas, equipamentos, e outras utilidades necessárias. Faça</p><p>considerações sobre o balanço de massa e energia.</p><p>Projeto para Fábrica de Garrafas de Vidro:</p><p>Matérias-primas:</p><p>• Areia: Principal fonte de sílica (SiO₂).</p><p>• Soda (Na₂CO₃): Reduz o ponto de fusão do vidro.</p><p>• Calcário (CaCO₃): Aumenta a durabilidade química do vidro.</p><p>Equipamentos:</p><p>• Forno de Fusão: Onde ocorre a fusão das matérias-primas.</p><p>• Formadoras: Equipamentos que moldam o vidro fundido em garrafas.</p><p>• Forno de Recozimento: Para aliviar tensões internas do vidro moldado.</p><p>• Sistema de Controle de Qualidade: Incluindo inspeção visual e testes de resistência.</p><p>Balanço de Massa e Energia:</p><p>• Massa: Considerar a quantidade de matéria-prima necessária para produzir uma tonelada de vidro.</p><p>Descartes e perdas devem ser minimizados para otimizar a eficiência.</p><p>• Energia: Grandes quantidades de energia são consumidas no forno de fusão, sendo necessário</p><p>considerar a eficiência térmica e possíveis recuperações de calor para melhorar a sustentabilidade.</p><p>10. Explique o processo de formação de cor nos vidros.</p><p>Formação de Cor em Vidros:</p><p>• A cor nos vidros é obtida pela adição de óxidos metálicos ou outras substâncias durante a fusão.</p><p>o Óxido de Ferro (Fe₂O₃): Dá ao vidro uma cor verde.</p><p>o Óxido de Cromo (Cr₂O₃): Pode dar tons de verde a esmeralda.</p><p>o Óxido de Cobalto (CoO): Produz uma cor azul intensa.</p><p>o Sulfeto de Cádmio (CdS): Gera vidros amarelos ou vermelhos.</p><p>• A cor também pode ser influenciada pela atmosfera do forno (oxidante ou redutora) e pela composição</p><p>básica do vidro, afetando a valência dos íons metálicos.</p>