14 – MATERIAIS CERÂMICOS

Tipos de argilas: -

Bentonita:- Argila originária em alterações de feldspatos sob ação de água e calor, podendo também ser originaria de cinzas vulcânicas. Apresentando granulação muito fina possui elevada plasticidade, tem a importância de seu uso no aumento de resistência na massa em estado crua.

Talco:- Apresenta colorações de branca a esverdeada, dureza um, é um silicato de magnésio hidratado.  É aplicado em cerâmica como fundente, aumentando nas peças a resistência ao choque térmico.  É elemento essencial na cerâmica elétrica isolante.

Ball-clay:- Argila de granulometria fina, muito plástica, queima com cor clara. Usada como agente de ligação, contribui para o aumento de resistência da massa cerâmica no estado crua.

Taguá:- É a principal argila de uso na cerâmica vermelha, com granulação muito fina, é de natureza sedimentar. Apresenta-se com elevada compactação e dureza.  Contêm elevado teor de ferro caracterizando a coloração final avermelhada. Possui como impureza, metais alcalinos que proporcionam baixas temperaturas de vitrificação. Queimada entre 1000 e 1100 grausC proporciona baixa absorção de água e ausência de porosidade.

Filitos:- Rocha metamórfica composta por mistura de caulinita, mica moscovita finamente dividida e quartzo em variadas proporções. Tem aspecto argiloso, é facilmente fragmentável originando pó finíssimo.  Vitrifica-se em temperaturas de 1250 graus C° e funde-se a 1450 graus C°.  É utilizada na cerâmica branca com objetivo de aumentar a velocidade de vitrificação de louças, azulejos e materiais refratários.

Matérias primas cerâmicas não plásticas:-

Matérias primas que adicionadas em massas cerâmicas, contribuem para diminuição da plasticidade (desengordurantes), da retração de secagem, melhoram a temperatura de queima e a qualidade dos produtos.

Sílica:- Mineral encontrado na natureza em grande proporção, cerca de 60%, não se alterando pelo intemperismo, apresenta-se livre (areia, arenito ou quartzito) ou combinada fazendo parte de outros minerais (argilas, feldspatos, talco etc.).  A sílica diminui a plasticidade, a resistência a cru, a retração de secagem, e de queima da peça cerâmica.

Feldspatos:- Grupo de minerais de origem ígnea apresentando funções na massa cerâmica como fundentes, sendo responsável pela vitrificação proporcionando resistência mecânica e dureza, baixa porosidade e elevada resistência a choques térmicos.

Calcário:- Usado nas composições cerâmicas, em massas ou vidrados com objetivo de melhorar o embranquecimento das peças, ou para combinar-se com a sílica produzindo o vidrado.

Caulim:- Rocha de baixa dureza, de cor clara, refratária, difere das argilas por possuir baixa plasticidade e queima de branco intenso. Em sua forma crua apresenta colorações brancas, creme ou arroxeadas, são friáveis e untuosas ao tacto. É matéria prima essencial na produção de cerâmica refratária, e de cerâmica branca, proporcionando à massa cerâmica depois de acabada boa estabilidade dimensional e acabamento liso de superfície.

Purificação das argilas:-(Consiste na eliminação de impurezas prejudiciais, ou eliminar seus efeitos).

Processos mecânicos.

Lavagem:- Separação por suspensão, sedimentação, ou filtração:- elimina sais solúveis, areia, granito, nódulos de cal, cristais de gesso etc.

Peneiramento:- Para retirada de partículas sólidas.

Trituração:- Uso de moinhos de rolos e maquinas laminadoras.

Processos químicos.

Utilização de reações químicas, transformando em sais solúveis ou em complexos, substâncias prejudiciais á cerâmica.

Processos físico-químicos

Utilizado em cerâmica fina, separando-se óxidos por meio de filtros eletromagnéticos.

Fabricação de produtos cerâmicos.

Fases básicas:-

 Extração da argila, tratamento da matéria prima, moldagem, secagem, cozimento, resfriamento, acabamento final.

Extração da argila.

O estudo de viabilidade depende da existência de reservas de matéria prima, com a qualidade necessária e evidentemente, a quantidade de jazida que irá permitir a exploração por período compatível com a produção da indústria.

O estudo do serviço de extração deve considerar:- a cobertura da jazida a ser removida, o destino do material estéril, a quantidade diária de argila a ser extraída, o tratamento posterior etc., itens que evidentemente deverão constar no RIMA.

Tratamento da matéria prima:-

Operação que precede à fabricação e compreende os seguintes itens:-

Depuração:- É a eliminação de impurezas que possam prejudicar o material, como grãos duros, nódulos de cal, sais solúveis, etc.

Divisão:- Redução a fragmentos de modo que as operações posteriores se realizem nas melhores condições.

Homogeneização:- A argila ou argilas e o desengordurante devem ser misturados intimamente, tanto quanto possível, é condição essencial para obtenção de um bom produto.

Umidificação:- Uma maior quantidade de água, vem facilitar a homogeneização, porém deve-se considerar o fato de que a água influi na plasticidade e ainda, que deverá ser eliminada posteriormente mediante aquecimento, com utilização e consumo de energia.

Processos naturais de tratamento:- (Viável em indústrias com pequeno volume de movimentação diária)

Mistura:- A argila extraída na jazida, considerando-se a sua aplicação, deve sofrer correções relacionadas à sua aplicabilidade, sua plasticidade ou outras características essenciais, sendo misturada a outras argilas, agentes desengordurantes ou outros.

Meteorização (também chamada de invernagem):- Consiste em submeter a argila à ação dos agentes de intempéries ou agentes atmosféricos. Em camadas alternadas dos vários tipos de argilas e ou desengordurantes, com o conjunto apresentando espessura de 80 cm, a argila é submetida à ação das chuvas. O material sofre lavagem e desagregação. São dissolvidos e eliminados os sais solúveis, bem com após se oxidarem, as piritas. Os torrões maiores se desagregam.

Amadurecimento :- Consiste em se deixar a argila em repouso, abrigada das intempéries, durante um prazo de tempo variável, geralmente fixado em função de observações realizadas anteriormente pelo uso do material ou composição. A argila é desagregada destorroada, umedecida e conduzida a uma fossa onde permanece por período nunca inferior a 24 horas, período durante o qual acontece uma distribuição de água a mais uniforme possível.

Apodrecimento:- A pasta é abrigada em ambiente frio, sem circulação de ar e com pouca luz, para que se desenvolvam bactérias que dão origem ás substâncias coloidais que atuam como aglomerantes ao secarem, aumentando assim, a plasticidade das argilas enquanto úmidas, facilita-se a moldagem e reduz-se a tendência das pastas ao gretamento.

Levigação:- Processo de lavagem e purificação por decantação. É processo caro e empregado quando as argilas devem apresentar uma determinada pureza para fabricação de cerâmicas especiais.  A argila, mantida em suspensão na água e em agitação permanente, é obrigada a se deslocar em canal através de chicanas, onde são recolhidos os materiais mais densos, normalmente associados com impurezas, grãos maiores, areias, etc. A pasta assim obtida, muito limpa e homogênea é vertida em um depósito de sedimentação. As impurezas que permanecem na superfície são retiradas por peneiras. A eliminação de sais de ferro pode ser efetuada através de eletroímãs durante o percurso.

Processos mecânicos de tratamento:-

Utilizado para tratamento de grandes volumes de material apresentando baixo custo, utiliza equipamentos que produzem os mesmos efeitos dos processos de preparação natural, com maior rapidez e em áreas reduzidas.

As operações de tratamento:- depuração, divisão, homogeneização, e umedecimento, são realizadas fazendo-se a massa passar por uma série de equipamentos tais como: trituradores, peneiramento com lavagem, misturadores, amassadores, laminadores, etc.

Trituração:-

A divisão do material extraído é realizada em moinhos, que permitem, por peneiramento, ir separando o material suficientemente fino à medida que se vai produzindo.

Usam-se moinhos de rolos cilíndricos (galgas) ou moinhos de martelos, conforme a consistência da argila.

Peneiramento:-

Separa o material por granulometria, rejeitando impurezas constituídas por grânulos de maior diâmetro e duros.  Pode estar ou não, associado a sistema de lavagem da argila.

As peneiras poderão ser: planas superpostas, vibratórias, ou cilíndricas rotativas.

Amassamento e mistura:-

Permitindo obter o teor de umidade adequado, a mistura e amassamento simultâneo uniformizam a argila quanto as suas qualidades.

O amassador é constituído essencialmente, por uma caixa ou cuba e dupla fila de pás helicoidais colocadas longitudinalmente na cuba, girando em sentidos opostos, de fora para dentro.

Laminação:-

A desagregação final da argila se dá no laminador.  Constituído de dois rolos, girando em velocidades diferentes, o laminador homogeneíza a argila.

Moldagem:-

É a operação que visa dar forma desejada à pasta de cerâmica.  Em função do teor de água e da plasticidade da argila, os processos de moldagem variam e são função do tipo e características da matéria-prima, do formato e constituição do produto acabado, e do tipo de forno a ser utilizado.

Tipos de moldagem em função do teor de água:

a seco ou semi-seco - (4 a 10% de água)

com pasta plástica consistente - (20 a 35% de água)

com pasta plástica mole - (25 a 40% de água)

com pasta fluída - (30 a 50% de água)

Moldagem a seco ou semi-seca.

A argila é moldada quase seca, utilizando-se prensas de 50 a 7.000 kgf/cm², para adquirir a forma desejada.

Utilizada na produção de ladrilhos, azulejos, refratários, isoladores elétricos, telhas e tijolos de melhor qualidade.  Processo de operação simples, de produção em massa com reduzido tempo de secagem, exige alto investimento em equipamentos, com constante renovação de matrizes e moldes aos quais fica limitado o formato das peças.

O produto obtido é de excelente qualidade, com ausência de bolhas com ótimas propriedades mecânicas e físicas em razão de menor teor de água, apresentando ainda superfícies com perfeito acabamento.

Moldagem com pasta consistente

Usada no processo de extrusão, a pasta é forçada a passar sob pressão, através de um bocal de conformação.

O material extrusado forma uma fita contínua a ser cortada no tamanho desejado.      

Para melhorar sua qualidade, acopla-se ao sistema uma câmara de vácuo, eliminando bolhas de ar incorporadas à massa.

O corte é feito por meio de guilhotina cuja lâmina consiste de fios de aço, automática ou não. Permite a produção de peças vazadas (tijolos com furos, manilhas, etc.).

Moldagem com pasta plástica

A massa bastante plástica é moldada em moldes de madeira, gesso ou ainda, em torno de oleiro. É usada para produção de vasos, tijolos brutos, pratos, xícaras etc.,

Moldagem com pasta fluída.

É o processo de barbotina. A pasta fluída é vertida em moldes de gesso poroso, sendo que na região de contato massa/gesso ocorre a migração de água para o gesso que absorvida pelo mesmo proporciona aderência de parte da argila ao molde.

Depois de determinado espaço de tempo, função da espessura da peça que se deseja, a fase de barbotina ainda fluída é retirada do molde por derramamento, permanecendo no mesmo a peça com sua conformação.

Após algum tempo de secagem, a peça sofre contração (retirada da água), descolando-se do molde.

Este processo é amplamente utilizado, para obtenção de porcelanas, louças sanitárias, peças para instalação elétrica, e conformação de peças de formatos complexos.

Secagem:-

Após a moldagem, se faz necessária a retirada da água existente na argila.  Esta água com teores variáveis de 5 a 35% deve ser eliminada antes da queima.

Uma secagem rápida realizada em fornos, provoca aparecimento de rupturas, fendas, e distorções.

Deve-se fazer a secagem prévia, de modo controlado e durante a qual são mantidas condições apropriadas, de modo lento e gradual.

Procura-se manter um gradiente de umidade, entre a argila e o meio para que aconteça esta secagem lenta.

A secagem quando feita ao ar de modo natural, poderá levar de três a seis semanas para uma peça moldada com argila mole e espessa.

Processos de secagem:-

Secagem natural.

 É a adotada tradicionalmente nas olarias tradicionais, é demorada e exige utilização de grandes áreas, é feita sob telheiros, com ventilação controlada.

Secagem por ar quente e úmido.

Em secadores, as peças são submetidas à passagem de ar quente-úmido até a eliminação da água livre ou de capilaridade.

Em seguida, recebe ar quente seco, para perder a água de absorção ou plasticidade.  Este processo em duas fases possibilita produção de peças com um mínimo de deformações.

Secagem em túnel.  

As peças são dispostas em vagonetes que percorrem lentamente através de um túnel, onde se faz passar ar aquecido e seco (gradientes de 40 a 150 graus °C) recuperados dos fornos de queima.  O movimento dos vagonetes é dirigido no sentido do aumento gradual da temperatura (contracorrente).

Secagem por radiação de infravermelho.

De alto custo, destina-se a peças delgadas, com bom rendimento e ausência de deformações, é utilizada em peças cerâmicas de alta precisão.

Cozimento ou queima.

É a operação mais complexa e importante, pois não só provoca a eliminação da água, inclusive a de constituição, mas também ocasiona profundas transformações na estrutura da argila, resultando nas propriedades características da peça cerâmica.

Uma queima rápida, satisfatória pelo fato econômico, fornece produtos de qualidade duvidosa, portanto “queima” não é apenas um aquecimento e posterior resfriamento.

A queima lenta ocasiona um gasto excessivo de combustíveis sem conseqüências para os materiais cerâmicos.  Portanto, a queima deverá ser controlada através de estudo das análises térmicas da argila ou seja: relação das temperaturas X variações dimensionais X perda de peso.

A variação de temperatura deverá ser lenta em faixas de grandes variações de dimensões e poderá ser de maior velocidade em faixas de pequenas variações dimensionais.

Depois de definida a curva de queima, típica para cada produto, a obtenção das peças se dará sem deformações, fissuras, ou rupturas prejudiciais.  Uma queima em processo normal dura em média, três a quatro dias.

Fases da operação de queima.

Desidratação.

A água contida nos poros é eliminada e parte do material carbonoso é queimada. A temperatura alcança aproximadamente 700 graus C°.

Oxidação.

A temperatura alcançando 900 graus C°, a matéria combustível é consumida, o carvão e o enxofre são eliminados, o óxido ferroso é levado a óxido férrico.

Vitrificação.

Ocorre acima de 1200 graus C°, consiste na contração e fechamento dos poros da argila pela queima. Durante a queima, é extremamente importante a uniformidade do calor no forno, com intuito de proporcionar ação uniforme na totalidade das peças.

Em cerâmicas de melhor qualidade usa-se levar o material ao forno, por duas vezes (biqueima), onde na primeira vez ocorre a queima do “biscoito” e na segunda a queima, com fusão do vidrado.  Este processo evita a necessidade de utilização de uma alta temperatura em uma só vez.

Tipos de fornos.

Os vários tipos de fornos utilizados na indústria cerâmica são classificados em contínuos e intermitentes.

Fornos contínuos

Com produção contínua, permitem grandes produções, menor consumo de combustíveis, menor mão de obra, porém exigem maiores investimentos.

Podem ser constituídos de várias câmaras de modo que quando uma está em fogo, os gases de combustão são levados a atravessar toda ou partes de outras antes de atingirem a chaminé, provocando um pré-aquecimento.

Atualmente, sistema de vagonetes ou deslocamento sobre rolos, permitem a utilização durante 24 horas dos equipamentos, com uma queima de excelente qualidade.

Fornos intermitentes.

Apresentam inúmeros inconvenientes:- elevado consumo de combustível, mão de obra excessiva, oscilações de temperaturas sucessivas, em regiões variadas.   Possuem como vantagem o baixo custo de instalação e facilidade de operação.

O calor é gerado fora do forno e circula através de pilhas estáticas das peças cerâmicas, sendo conduzido posteriormente às chaminés. O produto é heterogêneo apresentando algumas peças com excesso de queima e outras com falta, fazendo-se necessária uma classificação após queima, com grande rejeição de peças defeituosas.

Resfriamento.

É a operação final de fabricação, quando as peças devem ser resfriadas de modo contínuo e lentamente para evitar o aparecimento de defeitos decorrentes das deformações por contrações exageradas ou fissuras.