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* Minerais e Rochas Industriais – Aula 3 Cerâmica Engenharia de Minas – 9º Período FIP-MOC * MATERIAIS PARA CERÂMICA São materiais obtidos pela mistura de uma grande variedade de não metálicos (argilas, minerais e rochas), que são moldados e depois permanentemente emdurecidos por aqueci-mento, em geral acima de 500oC. O endurecimento é obtido pelo aquecimen- to controlado (abaixo de 1300oC, para os produtos mais comuns), o que pro- voca a fusão parcial e pos- terior vitrificação dos com- ponentes mais refratários, numa massa endurecida. a) O que são produtos cerâmicos: * - Assim conceituado, ficam excluídos os produtos queimados a temperatura abaixo do início de vitrificação (artefato de barro cru, abrasivos, cal e gesso), os produtos inteiramente vitrificado (vidros) e o cimento (que é moído). Os produtos de cerâmica refratária também serão considerados à parte MATERIAIS PARA CERÂMICA * b) Classificação dos produtos cerâmicos 1) Cerâmica vermelha (ou estrutural) - Tijolos e telhas (900 a 1.000oC) - Manilha vidradas (1.000 a 1.100oC) - Ladrilhos e azulejos (1.050 a 1.350oC) * 3) Cerâmica especial Os produtos cerâmicos podem ser mais ou menos vitrificados e ter sua superfície coberta ou não por vidrados e desenhos coloridos 2) Cerâmica branca - Ladrilhos, azulejos e pastilhas (1.200oC) - Louça sanitária-doméstica (1.000 à 1.450oC) - Cerâmica elétrica * c) Função das matérias primas: 1) Formadores de esqueletos ou fillers: são os componentes que não fundem * - Argila é o principal filler, sendo melhor a caulinita (Si02Al2O3.(OH)4) que a illita e a montmorilonita. Por calcinação (970oC a 1.050oC) as argilas formam mulita (3Al2O3.2SiO2) que é refratária (funde a 1.810oC) e dá resis- tência à cerâmica. A partir daí, inicia-se o processo de fusão (SiO2). * -Sílica (quartzo sob a forma de areia fina ou SiO2 da argila) é um filler que, no estado puro, funde a 1.720oC. Na presença de fun- dentes pode tornar-se um formador de vidro. Zirconita e minerais aluminosos (cianita, bauxita, talco e outros) também são refra-tários e podem ser formadores de esquele-to. Calcário, dolomita e fluorita formam óxi-dos refratários, mas na presença de SiO2 são considerados fundentes. * 2) Formadores de vidro ou cimentadores: são os componentes que fundem. Sílica (livre ou contida na argila) é o princi-pal formador do vidro. Bórax (em cerâmicas especiais). 3)Fundentes: são os materiais que abaixam o ponto de fusão da sí- lica e silicatos. Li, Na, K, Ca, Mg, B, Fe, Pb e F, dos feldspato potássico, albita, nefelina sienito, espodumênio, calcário, dolomito, barrilha, bórax e fluorita. * 4) Auxiliares: Pigmentação interna e superficial (ver pigmentos adiante). Vitrificação superficial (sílica+ fundentes; bórax e outros). * Matérias primas usuais: 1) Para cerâmica vermelha Usa-se a argila vermelha comum (ou folhelhos): que é uma mistura de argilominerais + sílica livre + óxidos de Fe + outros componentes; com a presença essencial de Al2O3, SiO2 e fundentes; com plasticidade suficientemente alta para facilitar a moldagem e suficientemente baixa para evitar rachaduras na secagem e queima. Entre os argilominerais deve predominar a caulinita e a ilita (K, Al, Si + Ca, Mg, Fe como substituintes, Na e Ca como íons trocáveis). A montmorilonita, em quantidades maiores, é indesejável por ser mais refratária, muito plástica e causar rachaduras, assim como as cloritas (que incham ao fogo). * A presença de não argilominerais (sílica livre, feldspato, mica, hidróxidos de Fe e carbonatos) é comum e aceitável, desde que em proporções que não comprometam a plasticidade e o quimismo. A proporção de não argilominerais chega a 50% da argila vermelha. Deve ser evitada a presença de gipsita, dolomita e sais solúveis (NaCl), que provocam espuma e erupções nas peças cerâmicas. A presença discreta de matéria orgânica (até 2%) é bené-fica; aumenta a plasticidade/reduz o consumo de energia. * - A distribuição granulométrica média é de 2 microns (40%), 20 microns (30%) e 2mm (30%) em argilas para cerâmica vermelha. * - Uma primeira avaliação de argila para cerâmica vermelha pode ser feita pela medida dos seus limites de liquidez (LL) e limites de plasticidade (LP), plotando-se as medidas num gráfico LP x índice de plasticidade (IP=LL-LP). * 2) Para Cerâmica branca: A argila utilizada é o caulim, com pouco Fe e outras impurezas. Quartzo (areia moída a 200 mesh), com baixo Fe e impurezas, é usado como fonte de SiO2 Os fundentes são supridos por feldspato potássico, albi-ta, nefelina sienito, barrilha (Na2CO3) e outros, finamente moído e muito puro As proporções são: para louça sanitária e ladrilhos vitrificados = caulim : sílica : feldspato (55:15:30) Algumas cerâmicas utilizam talco na sua formulação. * Fabricação de produtos cerâmicos: 1 - Para cerâmica vermelha: extração da argila, descanso, mistura, moagem, peneiramento, adição de água (LP=15 a 35%), moldagem, prensagem, secagem, queima (eliminação da água e CO2, transformação mineralógica, etc) e controle de qualidade. 2 - Para cerâmica branca: com-trole das matérias primas (quími-ca e granulométrica), mistura, adição de água, moldagem, seca-gem, queima, vitrificação e efeitos superficiais. * f) Mercado e Preço * A argila para cerâmica vermelha é de baixo valor e distribuição relativamente abundante, com as fábricas próximas aos depósitos e a distribuição não é feita a grandes distâncias (exceto nos produtos de melhor qualidade). Preços dos produtos finais: telha colonial=US$200/milheiro (FOB fábrica); tijolos furados= US$80/milheiro (FOB fábrica). A produção brasileira é de cerca de 3,6 bilhões de telhas e 20,4 bilhões de tijolo/ano, com um consumo per capita de 160 peças/ano. * As fábricas de cerâmica branca devem localizar em função da presença de matérias primas, energia e mercado consumidor. O caulim, geralmente, está próximo das fábricas e os demais insumos são transportados a maior distância. Os produtos acabados podem ser transportados a longa distâncias. A produção nacional de azulejos é de aproximadamente, 70Mm2/ano e de pisos 80Mm2/ano, com um consumo per capita/ano de 1m2. * * O caulim beneficiado (325mesh, Fe2O3<1,0%, ...) é vendido a US$50 a 80/t (FOB jazida). A produção bra-sileira foi de 2,8Mt (2004), sendo 1,75Mt beneficiada. O consumo interno é de 0,4Mt de caulim beneficiado para cerâmica fina e fillers, sendo o restante expor-tado. A produção provém do Amapá (CADAM), SP e MG. Parte do caulim utilizado em cerâmica é extraído próximo à industria * O feldspato brasileiro provém de pegmatitos (MG, BA, PB e outros). O produto beneficiado (-80 ou -200mesh, Fe2O3<0,1%), para cerâmica e vidro é vendido a US$60 a 90/tonel. (FOB fábricas em SP). Nos EUA e Europa é extraído de nefelina sienito (mais rico em Al2O3 e álcalis e com aproximadamente o mesmo preço). A produção oficial brasileira de feldspato é de 120Mt/ano (40% para vidro e 60% para cerâmica branca) * ARGILAS CERÂMICAS São usadas para cerâmica por apresentarem propriedades de plasticidade e resistência mecânica no estado cru. Aplicação: massa e esmalte argila produto cerâmico Tipos 1 - argilas para cerâmica vermelha: caolinitas / illitas / smectita / camadas mistas e óxidos de ferro associados. alternativas aplicadas: filitos, argili- tos, folhelhos. T = 900 a 1.100oC; variedades: argi- la para agregados leves e para cimento. 2 - argilas plásticas caolinita; 70% em peso micra; cor de queima a 1250oC = branca ou clara. * GÊNESE E TIPOS DE DEPÓSITOS Depósitos primários alteração superficial granitos/pegmatitos argilas/caolinita básicas/ultrabásicas montmorilonita alteração lavas / brechas diquita hidrotermal cinzas / tufos bentonita granitóides micas/caolinita rochas carbonáticas pirofilita Depósitos secundários rochas argilitos caolinita / illita sedimentares folhelhos illita depósitos colúvios caolinita / illita detríticos aluviões caolinita / illita placers marinhos glauconita * 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 * CAULIM Mineralogia: caulinita- Si4Al4O10(OH)6. Minerais do grupo: diquita, nacrita, anoxita, haloysita. Industrial: argilas essencialmente caulinítica. aplicações comerciais depen- dem da presença e quantida- de de constituintes (argilosos e outros). * Tipos básicos: 1) caulim: soft; hard e flint. 2) ball clay 3) argilas refratárias 4) haloysita Caulim soft - friável, d = 1,3 a 1,6, baixa crista- linidade e aplicado, principalmente em papel. hard - compacto, d = 1,6 a 1,8, alta cristalinidade flint - rígidos e com infiltração de sílica HALOYSITA forma tubular das partículas viscosidade 6 a 7 vezes maior que a caulinita e alta plasticidade. * ARGILA REFRATÁRIA argila aluminosa: caulinítica / haloysítica; plástica ou não; refratariedade mínima 1.435oC. argila altamente aluminosa : caulinítica / holoysítica; contém hidróxido de alumínio; plástica; após calcinação Al2O3 46%. argila refratária flint clay: caulinítica / haloysítica; contém hidróxido de alumínio e altamente refratária. * BALL CLAY, apresenta como característica caolinita, illita, quartzo, montmorilonita, clorita, material carbonático, alta plasticidade e resistência à tensão. * CAULIM - MODELOS DE DEPÓSITOS Primários de alteração 25% dos depósitos em explotação -espalhados por todos os continentes; destacam-se os da Alemanha, Áustria, Brasil. Primários hidrotermais 25% dos depósitos em explotação -localização mais restrita; Japão, Inglaterra, França e Espanha. Secundários 50% dos depósitos em explotação -cinturão nos USA (Georgia até Carolina do Sul); platôs sedimentares no Brasil (Pará e Amapá); platôs sedimentares na Austrália; 5 reservas gigantes no mundo, 1 nos USA e 4 no Brasil. * DEPÓSITOS DE CAULIM Depósitos residuais ou primários caolinita bem cristalizada (baixa plasticidade e resistência mecânica) quartzo / moscovita / haloysita Minerais argilo-silicáticos feldspatos / feldspatóides / anfibólios / micas Alteração hidrotermal Alteração intempérica fluidos 50 - 500oC T 50oC Na, K, Mg t grande t médio t médio caolinita illita caolinita montmorilonita ambientes com movimentos de soluções podem conduzir à formação de: Mg montmorilonita K sericita paligorskita sepiolita ambientes de intensa lixiviação levam a formação de bauxita * CAULIM & PRODUTOS COMERCIALIZADOS Propriedades de interesse industrial - inércia química - alvura - boa capacidade de enchimen- to e cobertura - baixa abrasão - baixa condutividade térmica e elétrica - boa dispersão em meio fluido - baixo custo de produção - variedade de produtos Produtos - mais de 50 padrões diferentes, relativos a: tipo de jazida; beneficiamento e indústria de aplicação. * 1 - caulim não beneficiado comercializado no estado run-of-mine geralmente colorido, fora das aplicações nobres 2 - caulim beneficiado Classificação em grandes grupos segundo a qualidade / aplicação: - padrão marginal ............ cerâmica ...... US$10-20 / t - padrão carga (filler) .............................. 60-85 / t - padrão cobertura (coating) e extensor (extender), va-riando de US$120 a 145 / t. * CAULIM & EXPLORAÇÃO LAVRA -Desmonte hidráulico ... depósitos primários de alteração -Cava em bancada ...... depósitos primários de alteração depósitos primários hidrotermais depósitos secundários -Cava em tiras ............. depósitos secundários BENEFICIAMENTO (a úmido) desagregação classificação granulométrica branqueamento filtragem CAULIM * ASPECTOS GENÉRICOS RELEVANTES DAS ESPECIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DO CAULIM GRANULOMETRIA -usos em geral .... 60 a 100% em peso abaixo de 38m. -carga (papel/borracha/plástico) .... 60% abaixo de 2m. -papel (cobertura / coating) ............ 98% abaixo de 2m. COMPOSIÇÃO -mineralógica: predominância de argilomineral; tipo de argilomineral ajuda a definir aplicação; -química: fatores determi- nantes da aplicação % SiO2 e Al2O3; fatores essen- ciais em algumas aplica- ções % álcalis; impurezas mais críticas % TiO2 e Fe2O3; pH em solução a 2%. * PROPRIEDADES FÍSICAS -comportamento térmico: cor após queima a 1.100oC. -propriedades aglomerantes: perda ao fogo a 105 / 250oC. -tixotropia. * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS * Acima, uma vista do corpo de NW e, ao lado, de SE A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS * CAULIM - VERMELHO NOVO (MG) Vista do corpo de SW e de topo * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG) * A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO (MG)
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