estudo 02

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1.6
Matérias Primas Naturais
Matérias Primas Cerâmicas Naturais são minerais ou acumulação de rochas a partir das quais produtos cerâmicos são manufaturados utilizando-as no estado natural ou após tratamento /beneficiamento.
De acordo com o seu comportamento com a adição de água, as matérias primas naturais são tradicionalmente divididas em Matérias Primas Plásticas e Matérias Primas Não-Plásticas
Matérias Primas Plásticas
Argilas
Caulins
Matérias Primas Não-Plásticas
Quartzo
Feldspato
Talco
Calcáreo
Mineração e Tratamento de Matérias Primas
Mineração é o processo de extração das matérias primas do local de ocorrência
Tratamentos ou beneficiamentos são as operações que afetam o aspecto físico das matérias primas e sua composição mineral, podendo ser realizado no local da extração ou não, com o objetivo de oferecer um produto “puro” e uniforme.
A maioria das matérias primas é extraída a céu aberto, após a remoção da camada estéril e aproveitamento da camada útil.
A remoção é feita por escavadeiras, tratores ou aplainadores mecânicos, ou detonação.
O aproveitamento das jazidas de argila ou mineração depende da profundidade da camada estéril e a espessura e valor da camada de argila.
Coleta de amostras caracterização do mineral
Propriedades que caracterizam um material para uso futuro
Análise Química
Refratariedade
Retração
Cor após Queima
Plasticidade
CTC
Minerais Acessórios
Análise de Resíduos
Tamanho de Partícula
Análises Térmicas
Matérias primas plásticas argilas e caulins
Matérias Prima de maior uso na indústria cerâmica
Argila é uma rocha finamente dividida e constituida essencialmente por argilo minerais, podendo conter ainda minerais acessórios (como feldspato, quartzo, gibsita, oxido de ferro e outros), matéria orgânica e outras impurezas, caracterizada por:
Possuir elevado teor de partículas de diâmetro equivalente abaixo de 2 micrometros.
Quando pulverizada e umedecida , torna-se plastica, após secagem é dura e rígida. 
Após queima em temperaturas elevadas (em geral em temperaturas superior a 100oC), adquire alta dureza.
Possuir capacidade de troca de cations entre 3 e 150 mEq/100g de argila. 
Ser constituída essencialmente por argilo minerais, geralmente cristalinos.
Classificação das Argilas
Quanto a Origem
Primária ou Residual
Secundária ou Sedimentar
Quanto ao Uso
Para Cerâmica Branca
Caulins
Argilas Plásticas
Argilas Refratárias
Caulim
Argilas Plásticas Com Alto Teor de Alumina
Argilas Para Cerâmica Vermelha
Argilas Glaciais
Folhelhos Argilosos
Argilas Especiais
Argilas Ricas em Fundentes –Filitos Bentonita
Argilo Minerais são silicatos hidratados de alumínio
Propriedades das Argilas
Tamanho de Partículas
Forma das Partículas
Capacidade de Troca de Cátions
Minerais Acessórios
Composição Química
Propriedades de Queima
Plasticidade
Plasticidade
Plasticidade –é a capacidade de uma matéria prima úmida, sob pressão assumir qualquer forma sem se romper e após remoção da pressão, manter a forma assim obtida durante a secagem e queima subsequentes.
As argilas possuem esta importante propriedade :
– quando está na forma de agregados facilmente desintegrados pela água,
– quando a forma dos cristais são placas,
– quando existe uma considerável quantidade de íons adsorvidos,
– quando tem grande quantidade de matéria orgânica.
Ex.: Argilas Sedimentares
Matérias Primas não Plásticas
Quartzo
Segundo material de importância na indústria cerâmica devido a:
Formação
Pureza
Disponibilidade
Métodos de Beneficiamento
Possibilidades de Uso
Feldspato
Utilizados como fundentes na massa cerâmica –Fluxo
Representação Geral M(Al, Si)Si2O8
M = Na+ou K +ou Ca++
K [AlSi3O8]
Na[AlSi3O8]
Ca[AlSi2O8 ]
Na massa cerâmica as partículas de feldspato fundem progressivamente, iniciando se na superfície e ao longo de trincas de clivagem e continua até transformar-se em uma bolha de vidro que interage com os outros constituintes ao redor e gradualmente perdem a identidade.
1.7
Controle de matérias primas
Grandes quantidades de matéria prima
Uniformizar e controlar a matéria prima desde a sua produção até o seu uso na fabricação
Duas possibilidades de controle de fabricação
Mudar continuamente os parâmetros de processo segundo análises sucessivas e frequentes da matéria prima
Uniformizar a matéria prima de maneira tal que o controle do processo possa ser limitado a ajustes eventuais e suaves dos parâmetros a serem controlados melhorando a qualidade do produto 
Alternativa 1 não é a mais indicada porque:
As unidades de processo de produção têm uma demasiada inércia
As análises têm um custo elevado
Não existem modelos que descrevem a influência de variações na matéria prima na qualidade do produto 
A alternativa 2 é a mais indicada: 
Uniformizar a matéria prima até um grau na qual a variação restante não influencia muito na qualidade do produto.
Uniformizar matéria prima = controlar a matéria prima
Programa para uniformizar a matéria prima
1. Uniformizar matéria prima tem um custo - Deve-se saber que utilidade acarreta um determinado tratamento na produção. Utilidade seria racionalização do processo de produção economizando material, equipamento, pessoal, medições e redução de perdas
Uniformidade é mais importante que a pureza
Programa de controle de matérias primas
Um programa de controle de matérias primas consiste em estabelecer as seguintes etapas:
Definir propriedades da matéria prima a controlar 
Estabelecer características que podem ser medidas e que sejam funcionais (de preferencia ser determinada dentro da fábrica)
Estimar as tolerâncias dos processos
Estimar variações das características da matéria prima
Definir as características a controlar (quanto mais característica eu controlar, maior o meu custo)
Elaborar um plano de controle e normas de operação (para realizar essa uniformização)
1. Definir propriedades da matéria prima a controlar
1.Definir Propriedades da Matéria Prima a Controlar
Propriedades Fundamentais Relativa ao Processo e Propriedades Funcionais
Propriedades Funcionais (fáceis de serem medidas)
Módulo de Ruptura de Uma Argila (o equipamento custa muito caro) (posso usar um equipamento extremamente simples (balde de areia)) (qual a utilidade dessa medida? A argila é responsável pela resistência a verde do material)
Cor de Queima de um Caulim (como determinar? Tem o equipamento mas custa muito caro, tem outras formas de medir isso)
Resíduo em uma Peneira de um Quartzo Moído
Basicidade de um Defloculante
Estas São Propriedades Funcionais Que Dependem das Propriedades Fundamentais Que São Difíceis de Serem Determinadas como:
Composição Química
Composição Mineral 
Distribuição Granulométrica
Superfície Específica (outra forma de medir partículas muito pequenas)
2. Estabelecer características que podem ser medidas e que sejam funcionais
As características que podem ser medidas e que são funcionais devem satisfazer as seguintes condições:
se a característica é constante, ela deve indicar que as outras propriedades do material são igualmente constantes
o método de medida deve ser rápido, econômico e com precisão desejada
desvios da característica devem indicar que medidas devem ser tomadas para corrigir a matéria prima qualitativamente
Dificilmente eu consigo com uma única característica determinar o conjunto de propriedades que vão satisfazer o controle de MP.
Se com uma característica não se cumpre a exigência 1, escolher duas ou mais até que o conjunto indique quando a matéria prima pode ser aceita na produção.
3. Estimar as Tolerâncias dos Processos
K2O = 5%; Consumo de Silicato = 10%; Fe2O3= 5%.
Vai influenciar o tamanho da peça (retração da peça), e a porosidade da peça.
4. Estimar variações das características da matéria prima
Ao consumidor de matéria prima interessa saber o valor médio das características.
É um acerto (de valores médios) que deve ser realizado entre consumidor e cliente.
5. Definir as características a controlar
As característicasa serem controladas são acertadas entre o produtor e o consumidor das matérias primas. O produtor e o consumidor definem a:
Característica a ser medida
O método de medida
Valor médio do material
Variação tolerada
6. Elaborar um plano de controle e normas de operação
Este plano esta vinculado ao produtor de matéria prima, e consiste em:
1. Extrair, selecionar e uniformizar a matéria prima
A. Extrair, selecionar e uniformizar a matéria prima
A operação de uniformização da matéria prima pode ser iniciada no processo de extração e utilizando um depósito (pátio) de matérias primas
2. Definir o tipo de informação desejada
Valor médio e desvio
3. Definir o universo a controlar
Carga de um caminhão (tiro uma amostra do caminhão)
4. Definir as normas de retirada de amostras
5. Critérios de aceitação da matéria prima
O deposito ou pátio de matéria prima tem duas funções
1ª. Depósito intermediário
2ª. Misturador econômico
1º. -vantagens de um depósito intermediário
A) deposito de material em caso de interrupção da extração 
B) o fluxo contínuo de material esta interrompido em lotes bem definidos, o que se aproveita para um controle melhor 
C) o fornecimento de material esta assegurado durante um intervalo de tempo bem definido
D) trabalha-se com um material mais seco
2º. Vantagens de um depósito onde se realiza a mistura 
Uma matéria prima pré-misturada pode ser obtida com variação de qualidade conhecida e estreita podendo simplificar o controle de matéria prima, simplificar o processo de produção e ficar próximo as condições ótimas de produção 
Jazidas pouco uniformes podem ser exploradas 
Extrair matérias primas de forma seletiva (visualmente eu consigo ver material distinto, e só pegar o que eu quero) 
Unir vários minerais para formar uma única matéria prima
Extrair e juntar minerais semelhantes de várias jazidas pequenas para formar uma mistura uniforme de quantidades elevadas 
Processo de mistura econômico
Realizando a mistura de vários materiais diminui a variabilidade de quando se utiliza somente um material. E dificilmente vc vai ter que mudar parâmetros de processamento.
Como faço o processo de formação de misturas? Vai empilhando os materiais de forma a misturar e uniformizar o material (começa a se tirar por cima esse material). Tem 4 formas de dispor o material para realizar essa mistura.
1.8
Desintegração Mecânica de Sólidos
As indústrias trabalham com matérias primas sólidas que necessitam de uma redução prévia do tamanho dos pedaços, grãos ou partículas. Exemplos: quartzo -feldspato -calcário –gesso
A operação de redução ou diminuição de tamanhos ocorre com a fraturas dos sólidos.
Os equipamentos usados na desintegração de corpos sólidos se baseiam em forças de compressão ou cisalhamento como esforços desintegradores.
 a b c d e f
a) Compressão (entre as duas partes de um equipamento)
b) Impacto (contra o material)
c) Desbaste de Arestas (forças de cisalhamento)
d) Impacto (no mesmo material)
e) Abrasão
f) Raspagem (quando a dureza do material não é muito elevada)
Moagem
Objetivo é o de se obter um produto com uma determinada faixa de tamanho granular pré estabelecido.
A efetividade da operação seria medida pelo tamanho do material obtido e procura-se obter um produto que possua um tamanho granular compreendido entre limites pré estabelecidos.
As exigências de tamanho de partículas podem variar para diversos produtoso que obriga o uso de diferentes máquinas e processos de moagem.
Em grande parte dos produtos manufaturados deve-se utilizar um material granulado com limites de tamanho de partículas bastante estreitos, o que é difícil de se conseguir por desintegração mecânica, requerendo operações de peneiramento e classificação
As operações de desintegração e peneiramento estão intimamente relacionadas
Os objetivos da redução de tamanho são:
1. Produção de corpos sólidos com uma determinada amplitude de tamanho granular ou com superfície específica pré estabelecida.
2. A separação por fratura de minerais ou cristais diferentes que se encontram intimamente associados no estado sólido.
Etapas da redução de tamanhos
Para realizar a operação de desintegração mecânica é necessário que cada pedaço ou partícula se rompa ao contato com outras partículas ou por ação direta de partes móveis da máquina (aqui temos um problema, pq muitas vezes o material da máquina não é o mesmo da composição (a não ser que estejamos moendo óxido de ferro) (contaminação pelas partes móveis da máquina)). Ao se realizar a desintegração, aumenta-se o número de partículas, o que exige um maior número de contatos por quantidade de material.
Na prática a redução e tamanho de sólidos com 0,5m ou mais de diâmetro até malha 200 (~75microms) são necessárias pelo menos três etapas, que são estabelecidas segundo os tipos de máquinas que melhor se adaptem a cada uma delas.
Redução de tamanhos bruta ou grosseira (primária) –onde a alimentação é de 50 a 2500 mm ou mais.
Redução intermediária (secundária) de tamanhos –alimentação de 20 a 80mm.
Redução fina de tamanhos –alimentação de 5 a 15 mm ou menor.
Objetivos Ampliados da Redução de Tamanhos
Conveniência de transporte (19:53)
Produção de formas e tamanhos controlados, para uso sem nenhum tratamento posterior, a não ser peneiramento
Liberação de minerais específicos como uma etapa no processo de separação /beneficiamento
Exposição ao ataque químico
Produção de material granulado adequado ao tratamento por métodos de gravidade
Desenvolvimento de partículas adequadas para o processo de flotação
Moagem Primária
Moinho de Mandíbula
Moinho Giratório
Alimentação de 1500 mm - Saída 100 mm.
Moagem Secundária
Moinho Giratório
Moinho de Mandíbula
Moinho Cônico
Moinho de Martelo
Moinho de Rolos
Alimentação de 150 mm e Saída de 12 mm.
Moagem de Finos
Moinho de Bolas
Moinho de Rolos 
Moinho de Martelos
Alimentação Abaixo de 25 mm.
1.9
CARACTERIZAÇÃO DE PÓS CERÂMICOS
Conhecer o material com que se trabalha
Confirmar especificações
Manter reprodutibilidade durante o processo
Determinar características físicas do pó
Informações podem ser usadas para interpretar ou prever o comportamento durante o processamento/ fabricação/sinterização e propriedades
Gerar uma base de dados a partir do qual o controle de processo pode ser desenvolvido
É importante a caracterização de pós cerâmicos porque assim eu posso conhecer o material com que eu estou trabalhando, posso confirmar especificações, consigo manter a reprodutividade do processo, posso determinar características físicas do pó, tais informações podem ser usadas para interpretar ou prever o comportamento durante o processamento/fabricação/sinterização e propriedades, e por fim, posso gerar uma base de dados a partir do qual o controle de processo pode ser desenvolvido.
Parâmetros (características) de partículas a serem medidos
Composição Química
Impurezas
Estequiometria
Estrutura Cristalina
Energia Superficial
Defeitos
Tamanho e forma
Densidade, Porosidade, Distribuição de Poros
Distribuição de Tamanho de Partículas
Área Específica
Densidade real
Aditivos
Os aditivos de processamento são incorporados à formulação de uma massa cerâmica para produzir certas propriedades de escoamento e propriedades para conformação.
Classificação de Aditivos
Meio Líquido/Solvente
Agente Molhador/Surfactante
Defloculante
Coagulante
Ligante
Plastificante
Lubrificante
Fungicida/Bactericida
Os aditivos são adicionados em quantidades relativamente pequenas e alguns podem ser eliminados em estágios posteriores do processamento e não aparecem no produto final.
A seleção de um aditivo é baseada em suas propriedades químicas e funcionais e também através da experiência.
Eu adiciono os aditivos para produzir certas propriedades de escoamento e de conformação. Ai existem vários tipos de ligantes, tais como: defloculante, coagulante, ligante, plastificante, lubrificante. Essesaditivos são colocados em quantidades bem pequenas, e na maioria das vezes não aparecem no produto final. Para eu selecionar um aditivo tenho que partir das suas características químicas, funcionais e da minha experiencia.
Líquidos e Agentes Molhadores
Os líquidos são usados no processamento para molhar as partículas e fornecer um meio viscoso entre elas e dissolver sais, compostos e substâncias poliméricas no sistema. A mistura com líquidos muda o estado de dispersão das partículas e altera a consistência mecânica.
Água: principal líquido usado em processamento cerâmico devido o baixo custo, disponibilidade consistência.
Líquidos Orgânicos: álcool, cetonas, hexano, etc. e misturas
Surfactante
Surfactante: substância adicionada para reduzir a tensão superficial entre o líquido e a superfície da partícula para melhorar o molhamento e dispersão, adsorvendo preferencialmente na superfície da partícula ou interfaces (exemplo: estearato de sódio).
Defloculante
É um aditivo que produz uma dispersão de partículas. 
Coagulante
É um eletrólito que promove a aglomeração de partículas pela redução de forças de repulsão entre elas.
Granulação – Secagem
Atomização
Filtro prensagem
Granulação direta
Atomização
O processo de secagem por atomização consiste em pulverizar o produto dentro da câmara submetendo-o a uma corrente controlada de ar quente, gerando a evaporação dos solventes, em geral água, obtendo-se a separação ultra-rápida dos sólidos e solúveis contidos com a mínima degradação do produto em secagem, finalizando o processo com a recuperação do produto já transformado em pó.
O equipamento expõe o solvente do produto a um gradiente controlado de temperatura por alguns poucos segundos fazendo com que o mesmo se evapore instantaneamente com um mínimo de elevação da temperatura do material seco em processo.
Quais são as vantagens do Spray-Drier?
Permite um maior controle das variáveis de processo;
Granulados produzidos são esféricos e apresentam maior fluidez que as partículas angulares produzidas pela quebra mecânica de um compacto (como a torta de um filtro prensa);
Peças com maior densidade a verde.
Filtro prensagem
É um equipamento de alta robustez destinado a fazer a separação de sólidos/líquidos, através da passagem forçada de soluções com resíduos, por elementos filtrantes permeáveis.
Vantagens do processo:
Redução do tempo de secagem dos sólidos retidos, em comparação a sistemas como leito de secagem.
Redução do custo de implantação, manutenção e no consumo de energia.
Possibilita o reaproveitamento do material retido, quando conveniente.
Permite uma condição favorável de manuseio dos sólidos retidos, se comparado a polpas e lamas com alto índice de umidade.
Não exige operadores qualificados.
Retirada de íons solúveis da massa.
Eu tenho um certo controle do tamanho do granulado gerado no atomizador
Empacotamento
As características das partículas, tem influencia no arranjo dessas partículas. Eu vou ter que juntar todas essas partículas em determinado formato.
Influencia nos interstícios.
O arranjo influencia a resistência a permeação de fluidos 
	Secagem 
	Peça muito grossa, eu tenho que retirar a agua dessa peça, do interior. Essa agua tem que vir até a superfície (os interstícios são os caminhos que a agua vai passar).
Influencia o comportamento de escoamento e de deformação que vai ocorrer em um material que me permita escoar (material plástico).
No desenvolvimento da microestrutura durante a queima.
Em um refratário a gente usa 4 tamanhos de partículas
Em uma porcelana eu tenho 3 tamanhos de partículas.
Faço isso porque a peça tem que ter porosidade zero.
O porcelanato tem uma quantidade de vidro imensa (eu uso o vidro para preencher esses vazios).
Tomar cuidado com o tamanho de vazios, porque isso vai causar uma retração muito grande na peça, e ela pode muitas vezes não aguentar tamanha retração. Para que isso não aconteça, nós vamos preencher esses vazios (empacotamento), aumentando assim a densidade a verde da peça, e a densidade pós queima (influenciado pela densidade a verde).
O empacotamento influencia na microestrutura, por conta dos poros existentes.
Controla o grau de retração
E vai influenciar na quantidade de material, e aditivos dessa massa cerâmica.
Empacotamento
Se eu trabalhar com uma única partícula, eu tenho 5 maneiras direntes de empacotar esse material
	Cúbico (52% de sólidos)
	Tetragonais (69% de sólidos)
	Piramidal (74% de sólidos)
	Ortorromico (60 de sólidos
	Tetraedral (74% de sólidos)
Cada um desses empacotamentos me dá diferentes densidades.
Posso diminuir pela metade os vazios
Se eu trabalhasse somente com esferas eu conseguiria diminuir somente 25% de vazios, mas isso não acontece na prática.
Densidade batida
Como saber o que será grosso, médio e fino?
O que faz com o material que não foi utilizado?
Qual o menor de empacotamento que eu vou conseguir?
	Vai lá e faz o ensaio de densidade batida
Todo o produto cerâmico vai apresentar retração
A porosidade diminui mais ainda no processo de queima
Dependendo do produto que eu faço, a norma vai me permitir uma quantidade de poros.
1.11
Cerâmicas triaxiais: Produtos cerâmicos fabricados através do uso de três matérias primas naturais: Argila, quartzo e feldspato.
Parte considerável da indústria de cerâmica branca utilizam composições com estas matérias primas devido ao: 
Baixo custo
Boa trabalhabilidade
Obtenção de grande variedade de composições
Larga faixa de temperatura de queima.
Funções dos componente:
Argila
Confere as propriedades de conformação, aumenta a plasticidade, permite a obtenção de barbotinas, aumenta a resistência mecânica a verde, forma um líquido viscoso em uma faixa de temperatura, leva a formação de poros finos. A desvantagem é a alta retração de secagem.
Feldspato
Forma um líquido viscoso na temperatura de queima, aumenta a quantidade de fase vítrea. A desvantagem é que diminui a resistência mecânica após queima.
Quartzo
Usado como carga na massa cerâmica, é de baixo custo, reduz a retração de secagem e queima, forma o esqueleto da peça, não reage com as fases presentes em faixas de temperatura. A desvantagem são as transformações polimórficas.
Para eu realizar a seleção da técnica de conformação eu devo levar em consideração o tamanho da peça, a complexidade da forma, a geometria, as tolerâncias permitidas e o custo.
Pq alta quantidade de feldspato na porcelana dentaria?
Para produzir um material com porosidade quase zero, pq o feldspato é fundente e vai preencher os poros (ele forma vidro). 
Argila
Conformação
Aumenta plasticidade
Permite obtenção de barbotina
Aumenta a resistência mecânica a verde
Líquido viscoso (em uma faixa de temperatura alta)
Formação de poros finos
Áudio 30/04