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CARACTERIZAÇÃO DE ARGILAS E DE PRODUTOS DE CERÂMICA VERMELHA ORIUNDOS DO MUNICÍPIO DE SÃO GONÇALO DO AMARANTE-

RN.

W. B. N. Sousa 1 , E. C. Silva2, U. U. Gomes 3Campus Universitário, s/n, Lagoa Nova, 59.072-970 Natal RN Tel: (84) 215-3800 R 228, E-mail: [email protected]

Laboratório de Materiais Cerâmicos e Metais Especiais 1 UFRN/CT/DEM, 2 UFRN/CT/DEE, 3 UFRN/CCET/DFTE

RESUMO

O município de São Gonçalo do Amarante-RN possui um forte setor de

cerâmica vermelha estrutural e dispõe de grandes reservas de argilas. Neste

trabalho, realizou-se a caracterização tanto das matérias primas (argilas gorda e

magra) como também de produtos de cerâmica vermelha sinterizados nas

temperaturas de 800ºC, 900ºC e 1000ºC em um patamar de duas horas. Os

resultados são apresentados através das medidas de limites de plasticidade e

liquidez, índice de plasticidade, difração de raios-X, microscopia eletrônica de

varredura, distribuição de tamanhos de partículas, análise térmica, cor de queima e

propriedades físico-mecânicas.

Palavras-chave: Caracterização, argilas, cerâmica vermelha e sinterização. INTRODUÇÃO

A cerâmica vermelha (estrutural) é assim chamada porque possui coloração

avermelhada quando queimada, devido a presença de compostos ferrosos; sendo

empregada na construção civil (tijolos, telhas, lajes, ladrilhos, tubos cerâmicos, etc.) (1).

O termo “Argila” refere-se aos componentes do solo com dimensões inferior a

dois micra, com predominância dos silicatos hidratados de alumínio, ferro e outros

metais. Esta no estado bruto contém quase sempre impurezas de grãos de quartzo,

feldspato, mica e outros minerais, além de matéria orgânica e sais solúveis,

possuindo água de constituição, a qual é perdida quando a argila é aquecida acima

de determinadas temperaturas, tornando-se, então, coesas (2).

Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 48th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society

28 de junho a 1º de julho de 2004 – Curitiba-PR

1

Atualmente, consideram-se as argilas como compostas essencialmente de

partículas muito pequenas de um ou mais membros de grupos de argilominerais.

Essa moderna classificação, só tem sido possível por meio de difratometria de raios-

X, análise térmica diferencial, determinação e observação de tamanho de partículas

e determinação dos constituintes químicos através de espectroscopia de

fluorescência de raios-X (3).

Quimicamente os argilominerais são os principais constituintes das argilas, que

são basicamente silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, com certo teor

de elementos alcalino e alcalino-terroso.

Esses argilominerais quando em presença de água, desenvolvem uma série de

propriedades, quais sejam: plasticidade, mistura mecânica a úmida, tixotropia e

viscosidade de suspensões aquosas que lhe conferem uma gama de variedades de

aplicações tecnológicas. Os principais grupos de argilominerais são: caulinita, ilita e

montmorilonita (esmectita) os quais se distingue basicamente pelo tipo de estrutura

e as substituições que podem ocorrer dentro da estrutura (silício por alumínio ou

ferro e alumínio por magnésio ou ferro).

A presença de matéria orgânica e de impurezas como certos minerais pode

afetar substancialmente as características de uma argila para uma dada aplicação.

Logo, haverá necessidade de se eliminar essas impurezas através de um

beneficiamento (processos físicos).

Os processos de confecção de produto cerâmicos podem diferir conforme o

tipo de material e peça desejada. Geralmente, eles compreendem as etapas de

preparação da matéria prima e da massa, da conformação (extrusão, prensagem ou

compactação), do tratamento térmico (secagem e queima) e acabamento final

dependendo do tipo de produto.

Na indústria de cerâmica vermelha, as matérias primas são encontradas na

crosta terrestre. A preparação da massa envolve vários estágios, tais como:

desagregação, moagem, umidificação, conforme o tipo e a granulometria desejada,

e as vezes há a necessidade de se realizar um beneficiamento nas matérias primas

para que se chegue a uma formulação desejada. Normalmente, se misturam duas

ou mais tipos de matérias primas para se obter uma boa composição para a

fabricação dos produtos cerâmicos(4).

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo tanto das matérias primas

utilizadas quanto do produto final de cerâmica vermelha (estrutural); através de



2

análise de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e análises

térmicas gravimétrica e diferencial. As peças estruturais foram produzidas por

processo de extrusão e foram realizados estudos de queima.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizadas duas argilas oriundas do município de São Gonçalo do

Amarante-RN, para fazer a composição 2:1 de argila gorda para argila magra. As

amostras brutas foram secadas ao ar livre e em seguida foram colocadas em uma

estufa da marca FANEN a uma temperatura de 110ºC durante 24 horas.

Posteriormente, foram moídas em um moinho de bolas por quatro horas, onde, tanto

seu revestimento interno quanto as bolas utilizadas para a realização da cominuição

das partículas eram de alumina. Por fim, foram armazenadas em sacos plásticos,

evitando contaminação.

Em seguida, foi feito um beneficiamento nas amostras através de um

peneiramento, para se retirar os pedregulhos. Na seqüência, retirou-se uma certa

quantidade das amostras para se realizar a caracterização e outra para produzir os

tijolinhos de seis furos, como produto final a ser analisado.

A caracterização das matérias primas foi feita através de difração de raios-X

que foi realizada em um difratômetro da marca LAB X da SHIMADZU, modelo XRD

600, utilizando radiação Cu-Kα; análise térmica (TGA e DTA) que foi realizada em

um aparelho da marca NIGARU, em atmosfera oxidante com velocidade de

aquecimento de 10ºC/min; limites de plasticidade e liquidez, índice de plasticidade,

granulometria à laser que foi feita em um granulômetro à laser da marca CILAS 920L

e microscopia eletrônica de varredura (MEV) que foi realizada em um aparelho da

marca PHILIPS, modelo XL30, utilizando voltagem de aceleração de elétrons de 20

kV. E a caracterização do produto final foi feita através das medidas de absorção de

água, retração linear, resistência à compressão, porosidade aparente e cor de

queima.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nas Figuras 1 e 2 são mostradas as distribuições de tamanho de partículas das

argilas gorda e magra analisadas. Os resultados mostram: (a) a argila gorda (Figura

1) apresenta tamanho médio de partícula 4,2µm; (b) a argila magra (Figura 2)



3

apresenta tamanho médio de partícula 49,8 µm. Esses resultados demonstram a

grande diferença na distribuição granulométrica dos dois tipos de argilas. O

resultado denota a diferença de constituição dessas argilas.

Figura 1 - Granulometria da argila gorda.

Figura 2 - Granulometria da argila magra.

Na Figura 3 está mostrada a zona na qual a argila gorda se encontra no

diagrama de Casagrande, que a caracteriza como uma argila que é utilizada

normalmente pela indústria cerâmica, apresentando um índice de plasticidade de

10,14.



4

D iagrama de Casagrande

10,14

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

L.L

I.P

(1)*(2)*

(3)* (4)*

(5)*

(6)*

(7)*

Figura 3 - Gráfico índice de plasticidade versus limite de liquidez.

(1) Argila Não Utilizável (2) Argila Demasiadamente Não – Plástica (3) Argila Usada Normalmente (4) Argila Tipo Caulim (5) Zona de máxima trabalhabilidade (6) Zona de Argilas demasiadamente Não – Plásticas (7)Zona de Argilas demasiadamente Plásticas

Nas Figuras 4 e 5 estão mostradas a morfologia (MEV) e a espectroscopia de

energia dispersiva (EDS) das argilas. É fácil observar na Figura 4, que a argila gorda

tem uma tendência a forma esférica devido a sua plasticidade e ao processo de

cominuição (moinho de bolas) e que o seu espectro EDS apresenta os principais

elementos dos argilominerais que a constitui, enquanto que a argila magra na Figura

5 apresenta uma morfologia mais facetada devido a maior presença de sílica como

visto no espectro EDS da mesma.



5

Figura 4 - MEV e EDS da argila gorda.

Figura 5 - MEV e EDS da argila magra.

Nas Figuras 6 e 7 estão evidenciados nos difratogramas de raios-X das argilas

gorda e magra, respectivamente. Na Figura 6 pode-se observar que a argila gorda é

do tipo ilita/montmorilonita e que na Figura 7 a argila magra possui um pico de maior

intensidade de quartzo. Esses resultados vem a comprovar a afirmação da diferença

da distribuição de tamanho de partículas mostrada no ensaio de granulometria.

EDS



6

Figura 6 - Difratograma da argila gorda.

Figura 7 - Difratograma da argila magra.

I - ilita M - Montmorilonita C - Caulinita Q - Quartzo

Nas Figuras 8 e 9 estão apresentadas as curvas de variação de massa em

relação a temperatura para as duas argilas. Na Figura 8 tem-se a TGA e DTA da

argila gorda que revela a perda de massa e as possíveis transformações com

respeito ao efeito da temperatura; ocorre uma pequena perda de água adsorvida

como também da água estrutural a medida que a temperatura vai aumentando. E na

Figura 9 observa-se uma menor perda de água quando comparada com a primeira

por ser constituída principalmente por quarzto.



7

Figura 8 - TGA e DTA da argila gorda.

Figura 9 - TGA da argila magra.

Na Figura 10 está evidenciada a variação da cor durante a queima com relação

ao aumento da temperatura devido a presença de óxidos de ferro e do ferro.



8

1000ºC 900ºC 800ºC Cru

Figura 10 - Variação de cor queima.

Nas Figuras 11, 12 e 13, são mostrados os resultados das propriedades físico-

mecânicas do produto final obtido. Na Figura 11, absorção de água e porosidade

aparente em função da temperatura de queima, é mostrada a diminuição tanto da

absorção de água como da porosidade com o aumento da temperatura de queima.

Na Figura 12, retração linear em função da temperatura de queima, é mostrada a

pequena retração linear para as temperaturas de 800 e 900ºC, ocorrendo uma maior

a 1000ºC. Na Figura 13, resistência à compressão em função da temperatura de

queima, pode-se observar que o melhor resultado das propriedades mecânicas foi

na temperatura de 900ºC e que a diminuição desta na temperatura de 1000ºC se

deveu ao empenamento de alguns corpos de prova ensaiados. Isto significa que a

temperatura ideal de queima é aquela em torno de 900ºC, uma vez que a

temperatura de 1000ºC provoca formação de fase líquida e conseqüente

empenamento das peças.



9

13,3 12,610,8

18,320,921,8

0

5

10

15

20

25

800 900 1000

Te mpe ratura (ºC)

AA

, PA

(%

)

PA AA

Figura 11 - Gráfico da absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA.)

1,6

0,30,20

0,5

1

1,5

2

800 900 1000

Tem peratura (ºC)

Ret

raçã

o Li

near

(%)

Figura 12 - Gráfico da retração linear.

2,42

2,87

2,68

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

800 900 1000

Te mpe ratura (ºC)

Res

. à C

ompr

essã

o (M

Pa)

Figura 13 - gráfico da resistência à compressão.



10

CONCLUSÕES

Os resultados apresentados demonstram que as propriedades físico-

mecânicas do produto final obtido dão melhor resultado na temperatura de queima

de 900ºC, apresentando baixa retração linear e alta resistência compressão. Outro

ponto importante, é que a mistura 2:1 de argila gorda para magra resulta numa

composição adequada para produção de tijolos e possivelmente outros produtos de

cerâmica vermelha, resultando em excelente acabamento superficial e coloração

homogênea na queima de 900ºC.

AGRADECIMENTOS

Agradecer ao CNPq por todo apoio financeiro para o desenvolvimento desse

trabalho, ao meu orientador e co-orientadores, aos técnicos dos laboratórios, aos

colegas de trabalho e a UFRN pelo espaço físico.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ANUÁRIO BRASILEIRO DE CERÂMICA, Revista, Cerâmica Vermelha pag. 42-45,

2001.

2. ABREU, S.F. – Recursos Minerais do Brasil. Edgard Blücher Ltda, vol.I,1973.

3. SANTOS, P.S. – Ciência e Tecnologia de Argilas, Vol. I, Edgard Blücher, 1989.

4. MELO, M. A. F., Caracterização de algumas Matérias Primas cerâmicas do RN,

para uso em Cerâmica Branca, FIERN/SENAI/UFRN/FUNPEC, Natal, 1998.

5. CALLISTER, W. D. Jr. – Materials science and engineering: in introduction, 5 rd

ed.

6. CAPUTO, H. P. – Mecânica dos solos e suas aplicações, Vol. I, Livros Técnicos e

Científicos Editora S. A., Rio de Janeiro, 1974.

7. GOMES, C. F. – “Argilas – O que são e para que servem”, Fundação Caloste

Gulbenkian, dezembro de 1988.

8. GOMES, U., U., – “Tecnologia dos Pós, Fundamentos e Aplicações”, p.160,

Editora Universitária – Natal/RN, p.160,.1993.



11

9. GRIM, R. E. – “Clay Mineralugy”, 1a Ed., McGraw-Hill Book Co., New York, 1953,

2a Ed. 1968.

10. GRIM, R. E. – “Propriedades de Argilas”, Cerâmica 9 (35), 18 (1963).

11. KINGERY, W. D. – “Introduction to Ceramics”, John Willey & Sons, New York,

1960.

CHARACTERIZATION OF CLAYS AND PRODUCTS RED CERAMICS DERIVING

OF CITY SÃO GONÇALO DO AMARANTE-RN

ABSTRACT

The city of São Gonçalo do Amarante, located in the state of Rio Grande Norte,

is characterized by the presence of vast clay sources used by local structural ceramic

plants. However, little work has been carried out on the characterization of such raw

materials. This work focused on the characterization of clayed raw materials

depicting both low and high plasticity, used in the manufacture of structural red

ceramics. The properties of typical local products sintered at temperatures ranging

from 800ºC to 1000ºC were also evaluated. Techniques including X ray diffraction,

scannig eletronic microscopy, particle size distribution, thermal and colorimetric

analyses were used. In addition mechanical and plastic evaluations of sintered

products and clays, respectively, were also carried out.

Key-words: Characterization, clays, red ceramics and sintering.



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