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Estudo das técnicas de análises granulométricas usadas em argila para cerâmica vermelha

Trabalho apresentado no 59° Congresso Brasileiro de Cerâmica, de 17 a 20 de maio de 2015, Aracaju

G. A, Falcão¹; B. M. A. Brito²; J. S Buriti², R. S, Macedo² Universidade Federal de Campina Grande ¹Bolsista do PIBIC/UFCG/CNPq ²Alunos do curso de

G. A, Falcão¹; B. M. A. Brito²; J. S Buriti², R. 
S, Macedo²
Universidade Federal de Campina Grande 
¹Bolsista do PIBIC/UFCG/CNPq
²Alunos do curso de
G. A, Falcão¹; B. M. A. Brito²; J. S Buriti², R. S, Macedo² Universidade Federal de Campina Grande ¹Bolsista do PIBIC/UFCG/CNPq ²Alunos do curso de

Resumo

A argila é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que não são argilominerais, matéria orgânica e outras impurezas. O presente estudo tem como objetivo discutir a utilização de parâmetros advindos da determinação de análises granulométricas como ferramentas de controle de argila com alto conteúdo de partículas finas, correlacionando-os dentre outros fatores, com a absorção de água, assim como evidenciar as características químicas dos materiais argilosos em estudo. Para realização deste trabalho, foram coletadas amostras, em duas diferentes regiões hidrográficas do Estado da Paraíba. A granulometria das amostras de argila foi determinada por peneiramento via seca, e a laser. Os resultados indicam que as argilas apresentam características de plasticidade e composicional dentro da faixa de valores indicada na literatura para aplicação na tecnologia de blocos e telhas, quanto à comparação das técnicas granulométricas, é possível observar uma maior aproximação de granulometria entre os resultados feitos à laser e por peneiramento.

 

Introdução

As argilas são compostas pelos argilominerais propriamente ditos e por outros constituintes, algumas vezes denominados de impurezas, como quartzo, feldspatos, carbonatos, matéria orgânica, dentre outros, estes argilominerais são os responsáveis pelo desenvolvimento da plasticidade que as argilas apresentam quando misturadas com uma quantidade conveniente de água.

A classificação granulométrica é uma técnica pela qual os diversos tipos de solos são agrupados e designados em função das frações preponderantes dos diversos diâmetros de partículas que os compõem. Estas frações são obtidas através da análise granulométrica. Este tipo de classificação deve ser avaliado com cautela, pois o comportamento do solo nem sempre é condicionado pela fração predominante, apesar dessa restrição, a análise granulométrica é universalmente utilizada.

A análise granulométrica é uma técnica de fundamental importância na caracterização de matérias-primas, principalmente argilosa, pois a granulometria do material influencia de forma direta na qualidade do processamento, e, consequentemente, nas propriedades finais do produto.

A importância da medida do tamanho de partículas de uma amostra na forma de pó está no lato de que determinadas propriedades microestruturais só serão acionadas a partir de tamanhos bem definidos, como por exemplo, o aumento da densidade, a condutividade térmica, a condutividade elétrica, o grau de compactação, área superficial e etc. Todas essas propriedades dependem do tamanho das partículas. Por esta razão é preciso dispor de uma técnica confiável para se obter uma medida da distribuição do tamanho das partículas.

 

Realizada com o objetivo de quantificar as matérias-primas e classificá-las de acordo com a faixa granulométrica em: argila, silte e areia.

Diante deste contexto, o objetivo desta pesquisa é fortalecer a competitividade da indústria de cerâmica vermelha da Paraíba, através de um estudo das diversas técnicas de granulometria, de argilas utilizadas na produção de blocos cerâmicos no Estado da Paraíba, visando determinar se estas matérias-primas apresentam uma boa aplicabilidade na confecção destes produtos cerâmicos.

Materiais e métodos

MATERIAIS

Foram utilizadas amostras de argila vermelha, fornecidas pelas indústrias de blocos cerâmicos do Estado da Paraíba, localizadas nas proximidades dos municípios de Taperoá e Serra Branca, denominadas por ACTA e ACSB, respectivamente.

MÉTODOS

O fluxograma da figura 1 descreve todas as etapas dos ensaios realizados com as amostras em estudo.

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Resultados e discussão

Ensaio de Plasticidade

As características de plasticidade: limite de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP) e índice de plasticidade (IP) foram determinadas com o objetivo de comprovar a plasticidade OS do material juntamente com os resultados das análises granulométricas.

Na tabela 1 constam os valores dos ensaios de plasticidade das massas cerâmicas pelo método de ensaio de Casagrande. Foi concluído com os devidos cálculos necessários que a mínima quantidade de água requerida para a formação de um filme estável em volta de cada partícula, quantidade que é expressa como percentual da argila seca usada para o ensaio, a passagem do estado semissólido para o líquido, ou seja, o limite de plasticidade foi de 23,55% e 27,21% para as amostras ACTA e ACSB. respectivamente. Obteve-se um limite de liquidez de 38,10% para a amostra ACTA e 41,66% para a amostra AOSB, representando assim o teor de umidade que indica a passagem do estado plástico para o estado líquido, ou seja, a capacidade do material argiloso absorver água, portanto, observou-se a maior capacidade da amostra ACTA em absorver água.

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Já para o índice de plasticidade os valores encontrados foram de 14,55% e 14,45% respectivamente, o que indica que as amostras se comportam como mediamente plásticas, pois os valores do IP estão dentro da faixa de 7 a 15%.

Os resultados encontram-se na faixa apropriada à moldagem por extrusão, adequada para a produção de blocos e telhas, segundo a literatura consultada.

 

Composição Química

Na tabela 2, consta a composição química das amostras estudadas, analisadas em um espectrômetro por fluorescência de raios X, em uma atmosfera a vácuo, para determinação dos elementos presentes nas amostras em análise. Observa-se que as amostras de massa cerâmica analisadas podem ser classificadas como sendo sílica aluminosa com elevado teor de sílica (próximo 50%), provavelmente proveniente dos minerais argilosos da sílica livre em mais da metade de sua e composição. Nota-se que presença A12O3 normalmente a presença de alumina estar relacionada com a proporção de mineral argila 80, indicando que nas amostras analisadas o teor de material argiloso é muito similar em todas as amostras. Esse baixo teor de alumina é característico das argilas utilizadas na tecnologia de cerâmica vermelha. Verificam-se altos teores de oxido de ferro, maior que 5%, o que é característico de argilas que queimam com cor vermelha, e são utilizadas na tecnologia de cerâmica vermelha. Deste modo, observa-se que as amostras são de composições típicas de argila para cerâmica vermelha com predominância de SiO2, e Al2O3, e altos teores de Fe2O3.

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Nota-se também a presença de outros óxidos em menor quantidade como, cálcio (CaO), magnésio (MgO), potássio (K2O), entre outros. O cálcio e o magnésio podem estar relacionados à presença de pequenos teores de calcita magnesiana e serem oriundos de argilomineral esmectítico. Já o potássio está relacionado à mica e ao feldspato (ou feldspatoide) presente nas amostras, que são muito comuns em argilas oriundas do Planalto na Borborema aplicadas em tecnologia de cerâmica vermelha.

 

Análises Granulométricas

Análise por Difração à Laser

É comum considerar-se a fração argila de uma matéria-prima cerâmica natural, aquela com fração granulométrica com dimensão inferior a 2 μm. Assim a fração argila teria partículas abaixo de 2 μm, a fração silte, entre 2 e 20 μm e a fração areia teria as partículas com diâmetros superiores a 20 μm. A fração argila está relacionada, sobretudo, aos minerais argilosos, que são os responsáveis pelo desenvolvimento da plasticidade do sistema argila água, segundo a literatura consultada (¹).


Nas tabelas 3 e 4, constam os resultados da distribuição granulométrica por tamanho de partículas das amostras ensaiadas.

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Observa-se que as amostras ensaiadas apresentam baixos percentuais da fração argila para serem utilizadas na fabricação de telhas e blocos cerâmicos, no entanto, as frações de site e areia se encontram na faixa aceitável. Nota-se pelo teor da fração argila que a amostra ACSB apresenta uma fração argila maior que a amostra ACTA.

 

 
 

E possível observar também uma larga distribuição heterogênea e assimétrica das partículas em ambas as amostras, como pode ser visto nas figuras 1 e 2, as curvas de distribuição granulométrica das amostras ACTA e ACGB respectivamente e comprovar com base nos seus respectivos diâmetros médios, a 10, a 50, e a 90% de massa acumulada, a qual é mostrado ne tabela 4. Nota-se que a amostra ACTA apresenta diâmetro médio menor que a outra comprovando então, sua maior plasticidade.

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Análise por peneiramento, via seca

Na análise por peneiramento duas amostras de mesma composição foram submetidas ao conjunto de peneiras onde foi possível medir os devidos pesos retidos em cada peneira e realizar os seguintes cálculos e encontrar os seguintes resultados para a análise granulométrica por peneiramento para cada amostra, levamos em consideração a média e resultados entre essas duas amostras.

Na tabela 5 encontram-se os dados referentes à análise por peneiramento da amostra ACSB, onde se nota uma quantidade de 21,77g de material passante pela peneira de malha 325.

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Na tabela 6 encontra-se os dados referentes a análise por peneiramento da amostra ACTA, se observa uma quantidade de 26,15g de material passante pela peneira de malha 325.

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Os solos recebem designações segundo as dimensões das partículas compreendidas entre determinados limites convencionais, conforme a tabela 7. Nesta tabela estão representadas as classificações adotadas pela A.S.T.M (American Society for Testing Materials)².

 

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Analisando a escala granulométrica ASTM a qual foi realizada a análise por peneiramento, foi possível observar que, para a amostra ACSB obtivemos cerca de 18,59% de areia de grãos grossos, cerca de 44,10% de areia com grãos médios e 19,22% de areia de grãos finos, 15,90% de silte e 2.18% de argila. Para a amostra ACTA foi observado 32,382% areia grão grossos. 31,77% de areia com grãos médio, 13,499% de areia com grãos finos, 19,71% de site e 2,62% de argila.

Com esses resultados adquiridos na análise por peneiramento, observou uma discrepância de resultados quando comparado com as análises por difração a laser, no entanto, foi possível analisar que tanto a percentagem de argila como de silte na amostra ACTA são maiores que na ACSB, o que é comprovado nos resultados adquiridos na análise por difração à laser, onde se mostra que a amostra ACTA contém um menor diâmetro médio das partículas, mais fração argila, o que é mostra do no ensaio de plasticidade que é a amostra que apresenta o maior índice de plasticidade.

 

Conclusão

Os resultados indicam que as argilas apresentam características de plasticidade e com posicional dentro da faixa de valores indicada na literatura para aplicação na tecnologia de blocos e telhas.

A partir deste trabalho foi possível concluir com as análises de tamanho de partículas pelas técnicas do peneiramento e por difração à laser que o método do peneiramento é um modelo com resultados demorados, trabalhoso e impreciso, além de haver perdas na quantidade de massa e danos à saúde do operador. Enquanto o método da difração por laser é prático, preciso, usa um mínimo de material e gera um relatório dos resultados com dados fáceis de interpretar. As amostras estudadas apresentaram o mesmo percentual de areia (fração maior que 20 μm) e diferentes percentuais de fração argila (fração menor que 2 μm). Isto pode acarretar diferenças significativas nas propriedades tecnológicas após queima.

A amostra ACTA apresentou maior índice de plasticidade, onde foi possível comprovar essa plasticidade com o percentual de argila da mesma mostrado, tanto na análise de tamanho de partículas pela técnica do peneiramento, por via seca, quanto por difração à laser, sendo possivelmente a argila mais indicada para a produção de blocos cerâmicos.

 

Referências

 

(1) SOUZA SANTOS, P., Ciência e tecnologia de argilas, 1 e 2 v. 2a ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1992.            

(2) ASTM (1990), Standard Test Method for Particle Size Analysis of Sols - Designations D422 63. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA, 06 p. CAMAPUM DE CARVALHO, J.; GUIMARÃES R.C.; CAR DOSO F.B.F. e PEREIRA, J.H.F. (1996). Proposta de Uma Nova Metodologia para Ensalos de Sedimentação. 30o

(3) VIEIRA, C. M, F.; MONTEIRO, S. N.; DUAILIBI Fh, J. Considerações sobre o Uso da Granulometria como Para metro de Controlo de uma Argila Sedimentar, Cerâmica Industrial, v. 10, n°. 1, 2005.

(4) ANDRADE, F. L. F. Estudo da formulação de massas cerâmicas provenientes da região do Seridó - RN para fabricação de telhas. 2009, 101p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - PPGEMUFRN, Natal.

(5) MACEDO, R.S. Estudo das matérias-primas e tijolos cerâmicos furados produzidos no Estado da Paraíba. 1997. 112p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - CCT/UFPB, Campina Grande.

(6) DNER, Materiais para obras rodoviárias, métodos e instruções de ensaios, Rio de Janeiro. 1977.

(7) ABNT (1984). Solo - Análise Granulométrica Norma Brasileira NBR-7181. Associação de Normas Técnicas, São Paulo, SP, 13p. ASTM (1958), Grain-size Analysis of Soil - Designations, D422 54T. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA, 03 p.

(8) Reunião Anual de Pavimentação, Salvador, BA, pp 521-529. NC

 

 

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