03 ceramica

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Minerais e Rochas Industriais – Aula 3
Cerâmica
Engenharia de Minas – 9º Período
FIP-MOC
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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:
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- 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
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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)
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 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
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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).	
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-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.
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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.
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4) Auxiliares:
Pigmentação interna e superficial (ver pigmentos adiante).
 Vitrificação superficial (sílica+ fundentes; bórax e outros).
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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).
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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).
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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.
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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.
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 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.
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* 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)
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 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.
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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
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 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
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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).
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 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.
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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.
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BALL CLAY, apresenta como característica caolinita, illita, quartzo, montmorilonita, clorita, material carbonático, alta plasticidade e resistência à tensão.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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ASPECTOS GENÉRICOS RELEVANTES DAS ESPECIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DO CAULIM
 GRANULOMETRIA
-usos em geral .... 60 a 100% em peso abaixo de 38m.
-carga (papel/borracha/plástico) .... 60% abaixo de 2m.
-papel (cobertura / coating) ............ 98% abaixo de 2m.
 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%.
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 PROPRIEDADES FÍSICAS
-comportamento térmico: cor após queima a 1.100oC.
-propriedades aglomerantes: perda ao fogo a 105 / 250oC.
-tixotropia.
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS
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Acima, uma vista do corpo de NW e, ao lado, de SE
A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE VERMELHO NOVO - MINAS GERAIS
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CAULIM - VERMELHO NOVO (MG)
Vista
do corpo de SW e de topo
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)
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A MINA DE CAULIM PEGMATÍTICO DE
VERMELHO NOVO (MG)