Avaliação da incorporação de pós de rochas e da temperatura de sinterização no desempenho e microestrutura de cerâmicas vermelhas

Abstract

Cerâmicas estruturais à base de argila, que incluem tijolos, blocos, telhas, pavimentos, revestimentos e tubulações, demandam consumo elevado de matérias primas não renováveis. Também as rochas para aplicações ornamentais ou para produção de brita e cascalho são extraídas em grande volume e seu beneficiamento gera resíduos que precisam ser descartados adequadamente ou reaproveitados visando minimizar danos ao meio ambiente. Na produção de cerâmicas podem ser absorvidos grandes volumes de resíduo, desde que a incorporação do mesmo não seja deletéria para as propriedades tecnológicas ou mecânicas do produto resultante. No presente trabalho os resíduos de pó provenientes de pedreiras de granito, riodacito e diabásio foram incorporados em cerâmicas à base de argila vermelha. Pó de granito foi incorporado nos teores de 10 %, 20 % e 40 % em massa, e as cerâmicas foram sinterizadas a 850 °C, 950 °C e 1050 °C, temperaturas típicas de sinterização de tijolos, telhas e revestimentos, respectivamente. A resistência à ruptura foi determinada em ensaios de flexão em quatro pontos em lotes de 30 amostras de cada condição de preparação e avaliada por estatística de Weibull. As propriedades tecnológicas testadas foram retração linear, densidade volumétrica, porosidade e absorção de água. Os resíduos de riodacito e diabásio foram incorporados apenas nas combinações de teor e temperatura que mostraram melhor desempenho das propriedades das cerâmicas com incorporação do pó de granito. Das rochas utilizadas, o granito apresentou o melhor desempenho como aditivo à cerâmica. Seu alto teor dos agentes fluxantes sódio e potássio, promoveu a densificação pela disponibilização de fase líquida na sinterização, o que contrabalanceou o efeito da adição de descontinuidades pela incorporação de partículas de rocha. Nas temperaturas de queima de tijolos e telhas (850 °C e 950 °C), as cerâmicas com melhor combinação de parâmetros de qualidade e resistência à ruptura foram com granito no teor de 10 %. Na obtenção de cerâmica de revestimento (sinterizada a 1050 °C) foi possível incorporar 20 % de pó de granito, com melhoria nas propriedades. A incorporação no teor de 10 % de todos os pós de rocha testados apresentou aumento na confiabilidade (maior parâmetro de Weibull) e manutenção da resistência. Desta forma foi possível demonstrar a viabilidade do aproveitamento de resíduos de rochas com mineralogia e composição variadas, com melhorias ou sem perda significativa de propriedades tecnológicas e mecânicas.

Clay-based structural ceramics that include bricks, blocks, roof tiles, floor tiles, wall tiles, and pipes, are produced with large amounts of non-renewable raw materials. Rocks for decorative applications or for the production of gravel are extracted in large volumes as well, and the waste generated demands appropriate disposal or reuse aiming to minimize environmental issues. Ceramic industry can absorb large volumes of waste, provided the incorporation of the residue is not detrimental to the technological and mechanical properties of the resulting product. In this work, fines from granite, rhyodacite, and diabase quarries were incorporated into red clay ceramics. Granite was incorporated in the amounts of 10 wt.%, 20 wt.%, and 40 wt.% and sintered at the temperatures of 850 °C, 950 °C, and 1050 °C, typically used for processing bricks, roof tiles, and wall tiles, respectively. Tensile strength, determined in four point bending tests, was evaluated with Weibull statistics in batches of 30 specimens for each combination of temperature and composition. The technological properties tested were linear shrinkage, bulk density, porosity, and water absorption. Rhyodacite and diabase fines were tested only in the conditions that presented improvements with the incorporation of granite. Amongst the rocks that were tested, granite presented the best performance as additive to ceramics. Due to its high content of the fluxing agents sodium and potassium, it contributed to densification by liquid phase sintering, compensating the deleterious effect of additional discontinuities due to the incorporated rock particles. At the firing temperatures of bricks and tiles (850 °C and 950 ºC), the ceramic that presented the best combination of technological properties and resistance to rupture were those with 10 wt.% granite. In ceramics sintered at 1050 ºC, it was possible to incorporate 20 % of granite powder with improvement of the properties. With 10 wt.% addition, all tested rock powders presented increased reliability (higher Weibull parameter), and stable or improved strength. Thus, the viability of incorporating waste material from different rocks in red clay ceramics was demonstrated, with improvement or without significant losses in mechanical or technological properties.