PEM 2 MATÉRIAS PRIMAS

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2 MATÉRIAS-PRIMAS
2.1 Classificação
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Classificação
Naturais: obtidos através de operações físicas
Argila, feldspato...
Sintéticas: obtidos através de processos químicos, a partir de
Matérias-primas naturais (magnesita, calcita...)
Outras matérias-primas sintéticas (alumina, zircônia...)
[Ring, 1996:27]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Tipos de matérias-primas 	
[Reed, 1995:36]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
Categoria
Pureza (%)
Materiais
Materiais não-processados
Variável
Argilas, bauxita
Minerais industrializados
85-98
Caulim, talco, feldspato, quartzo
Produtos químicos industrializados
98-99,9
Al2O3, MgO, AlN, SiC, Si3N4, TiO2, ZrO2
Produtos especiais
>99,9
BaTiO3, sílica-gel
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2 MATÉRIAS-PRIMAS
2.2 Matérias-primas naturais
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Argilas e argilominerais
Argila: matéria-prima natural constituída principalmente de argilominerais, tendo outros minerais como impurezas 
Argilominerais: aluminossilicatos hidratados que podem ser dispersos em partículas finas e desenvolvem plasticidade quando misturados com água
Exemplos: caulinita, halloysita, pirofilita, montmorillonita, mica, ilita
[Ring, 1996:27]
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Silicatos
Silicatos: materiais compostos primariamente de silício e oxigênio
Silicatos simples, fórmula unitária SiO4-4, p. ex. forsterita (Mg2SiO4) 
Silicatos em camada, fórmula unitária (Si2O5)2-, p. ex. argilominerais
[Callister, 1997:383]
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Argilominerais e outros silicatos
[Reed, 1995:38]
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Tetraedro silício-oxigênio SiO44-
[Callister, 1997:383]
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Camada de silicato (Si2O5)4-
[Callister, 1997:386]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Estrutura da caulinita
[Callister, 1997:387]
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Argilominerais
[Reed, 1995:52]
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Caulinita: microestrutura
[Norton, 1952:8]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Caulinita
Tipo: Silicato de alumínio hidratado de estrutura lamelar, argilomineral
Composição: Al2(Si2O5)(OH)4
Reações:
>500°C se decompõe em metacaulinita, Al2O3·2SiO2
>900°C forma mulita, 3Al2O3·2SiO2, e alumina
>1150°C forma cristobalita
Propriedades e aplicação:
Plasticidade na etapa de conformação
[Norton, 1952:131]
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Talco
Tipo: Silicato de magnésio hidratado de estrutura lamelar, similar a argilomineral
Composição: Mg3(Si2O5)2(OH)2
Reações:
1000°C se decompõe em protoenstatita, MgSiO3, e enstatita, MgO·SiO2
1547°C se funde
Propriedades e aplicação:
Alto coeficiente de expansão térmica, usado na formulação de azulejos e esmaltes
[Ring, 1996:31]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Feldspatos
[Ring, 1996:31]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Feldspatos
Tipo: Silicatos de alumínio anidros 
Composição: 
K2O·Al2O3·6SiO2 (ortoclásio) K2O·Al2O3·6SiO2 (albita), CaO·Al2O3·2SiO2 (anortita)
Reações:
800-1000°C apresenta uma composição próxima do eutético (ortoclásio, feldspato potássico)
Propriedades e aplicação:
Fundentes, insolúveis em água, formadores de fase vítrea em corpos cerâmicos e esmaltes
[Ring, 1996:31]
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Sílica: formas polimórficas
[Van Vlack, 1964:40]
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Sílica: cristobalita e tridimita
[Van Vlack, 1964:40]
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Cristobalita: inversão
[Van Vlack, 1964:52]
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Sílica: cristalina e amorfa
[Callister, 1997:57]
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Sílica: transformação de fases
[Norton, 1952:132]
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Sílica: dilatação de fases
[Van Vlack, 1964:141]
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Quartzo
Tipo: forma mais comum de sílica, cristais de alta pureza >10 cm 
Composição: SiO2 (fases  e )
Reações:
550°C inversão -
1650°C se funde
Propriedades e aplicação:
Dureza, alto ponto de fusão, abilidade de formar vidro, usado para prover uma massa sólida ao redor da qual a fase vítrea mantém o corpo coeso (estabilidade dimensional)
[Ring, 1996:32]
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Triaxial cerâmico
[Norton, 1952:15]
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Funções dos componentes
Argilomineral: plasticidade
caulinita, ilita, montmorilonita
Silica: estabilidade dimensional
quartzo
Feldspato: fusibilidade
ortoclásio, albita
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2 MATÉRIAS-PRIMAS
2.3 Matérias-primas sintéticas
2 MATÉRIAS-PRIMAS
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Produção de pós cerâmicos
Reações no estado sólido:
hidróxidos, carbonatos, sulfatos  óxidos
metais ou óxidos + C  carbetos
Reações sólido-gás:
Metais + O2  óxidos
Metais + hidrocarbonetos  carbetos
Metais + N2 ou NH3  nitretos
Reações em fase gasosa:
Hidrólise de haletos  SiO2 ou TiO2
Processos de fundição: 
Al2O3, ZrO2
[Thümmler, 1993:52]
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Pós a partir de soluções
Precipitação e filtração:
Pós cerâmicos e metálicos 
Reações hidrotérmicas:
Soluções de ZrOCl2  ZrO2
Vaporização do solvente/desidratação:
Secagem por spray ou congelamento
Processos sol-gel: 
Gotas de líquido  estado gelatinoso  pó
[Thümmler, 1993:53]
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Pós cerâmicos industrializados
Alumina (processo Bayer):
Bauxita + NaOH  Al(OH)3  Al2O3 
Zircônia:
ZrSiO4 + NaOH  Na2ZrO3  ZrO2
Carbeto de silício (processo Acherson):
SiO2 + 3C  SiC + 2CO
Nitreto de silício:
3SiO2 + 6C + 2N2  Si3N4 + 6CO
[Reed, 1995:40]
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Pós ultrafinos (nanocristais)
Reações em fase gasosa:
Si3N4, SiC
Redução em H2 de cloretos metálicos:
Ag, Cu, Ni, W 
Evaporação/condensação:
Fe, FeNi
Processamento de soluções
[Thümmler, 1993:58]
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Whiskers e fibras curtas
Redução em H2 de cloretos metálicos:
2FeCl3 + 3H2  2Fe + 3HCl
Processo vapor-líquido-sólido:
Al2O3, SiC, Si3O4 
Pirólise de casca de arroz:
SiC
[Thümmler, 1993:59]
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Pós nanométricos e whiskers
[Thümmler, 1993:60]
ZrO2 (<0,5 µm)
whiskers de SiC
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