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FONTE DE PLASTICIDADE E FUNDÊNCIA
CONTROLADA PARA PORCELANATO
OBTIDO POR MOAGEM VIA ÚMIDA
Henrique Cislagui da Silva, Nilson Schwartz da Silva e
Rui Acácio Lima Neto
SUMÁRIO
Introdução
Tendência da produção brasileira de cerâmica;
Disponibilidade de argilas plásticas;
Reservas minerais de bentonita;
Objetivo
Definição
Bentonita
Propriedades e estrutura;
Morfologia (Nanomaterial);
Bentonita para o setor cerâmico
Materiais
Case 1 – Bentonita Policatiônica para porcelanato esmaltado
Case 2 – Bentonita cálcica para porcelanato branco
Conclusões
INTRODUÇÃO
Tendência da produção brasileira de cerâmica
Fonte: ANFACER
INTRODUÇÃO
Tendência da produção brasileira de cerâmica – conformação
continua.
INTRODUÇÃO
Tendência da produção brasileira de cerâmica
Grandes formatos e espessura reduzida
Desafio tecnológico: obter massas com
elevada plasticidade associadas a elevada
estabilidade de queima e produtividade.
INTRODUÇÃO
Disponibilidade de argilas plásticas
Classificação de argila segundo o DNPM
Argilas comuns – aplicação em cerâmica estrutural, revestimentos
cerâmicos e cimentos
Argilas plásticas – aplicação em cerâmica branca (porcelanatos)
Argilas refratárias – aplicação em refratários
INTRODUÇÃO
Disponibilidade de argilas plásticas - Brasil
Reservas totais de argila no Brasil aproximadamente 3,6 bilhões de toneladas.
Fonte: DNPM
INTRODUÇÃO
Disponibilidade de argilas plásticas – São Paulo
Fonte: DNPM
INTRODUÇÃO
Distribuição geográfica de bentonita
Maiores ocorrências de
bentonita na América do Sul
As reservas medidas no estado do Paraná são de 16 milhões de toneladas.
OBJETIVO
Diante deste cenário de aumento de produção, necessidade
de mais plasticidade devido aos formatos e limitação de
reservas de argilas plásticas este trabalho tem por objetivo
apresentar informações sobre a aplicação de bentonitas em
massas de porcelanato.
DEFINIÇÃO
O nome bentonita provem do local onde foi
descoberta Fort Benton, no estado do Wyoming
nos Estados Unidos.
Trata-se de uma argila esmectita com elevada
afinidade com a água e consequente elevada
plasticidade.
Pode ter composição sódica (Na+), cálcica (Ca2+
Mg2+), ou policatiônica (Na+ Ca2+ Mg2+ K+) .
BENTONITA
Propriedades e estruturas
BENTONITA
Propriedades e estruturas
Mineral
Capacidade de troca catiônica (mEq/100 g)
Caulinita
3 a 15
Ilita
10 a 40
Esmectita
80 a 150
BENTONITA
Propriedades e estruturas
Fonte: Arshak, et al., 2004 apud Silva & Ferreira, 2008.
BENTONITA
Morfologia
BENTONITA
Morfologia (nanomaterial)
BENTONITA PARA O SETOR
CERÂMICO
Case 1 – Bentonita Policatiônica para porcelanato esmaltado
Case 2 – Bentonita cálcica para porcelanato técnico branco
BENTONITA PARA O SETOR
CERÂMICO - MATERIAIS
Bentonita Policatiônica
Origem: Quatro Barras - PR
Composição química
Óxido
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
Na2O
K2 O
TiO2
MgO
PF
Fração mássica (%)
63,32
16,49
5,5
0,64
0,73
1,91
0,86
1,83
7,05
Bentonita Cálcica
Origem: Argentina
Composição química
Óxido
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
Na2O
K2 O
TiO2
MgO
PF
Fração mássica (%)
68,61
15,46
1,16
1,12
1,77
0,22
0,17
4,44
6,98
BENTONITA PARA O SETOR
CERÂMICO - MATERIAIS
Composição mineralógica
Bentonita Policationica
Fases
Montmotilonita
Quartzo
Moscovita
Cristobalita
(%)
78,00
12,00
9,00
<1,00
Bentonita Cálcica
Fases
Montmotilonita
Quartzo
Ilita
Caulinita
Goethita
(%)
84,00
9,00
2,00
3,00
2,00
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 1 – PORCELANATOS ESMALTADOS
Com o objetivo de demonstrar a ação de bentonita
policatônica, adicionou-se a mesma em massa de porcelanato
esmaltado.
Os níveis de adição foram: 0%, 3% e 5%.
Determinou-se em laboratório as seguintes propriedades:
Viscosidade da barbotina em copo Ford n°4 (s)
Densidade aparente a seco (g/cm³)
Resistência mecânica a flexão a seco (kgf/cm²)
Absorção de água (%)
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 1 – PORCELANATOS ESMALTADOS
Propriedades da barbotina
Densidade da barbotina Viscosidade Copo
Quantidade de Bentonita (%)
[g/cm³]
Ford n°4 [s]
0
1,692
16,78
3
1,694
16,16
5
1,692
16,3
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 1 – PORCELANATOS ESMALTADOS
Propriedades a seco
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 1 – PORCELANATOS ESMALTADOS
Propriedades a seco
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 1 – PORCELANATOS ESMALTADOS
Propriedades pós-queima
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Com o objetivo de demonstrar a ação de bentonita cálcica,
adicionou-se a mesma em massa de porcelanato técnico
branco.
Os níveis de adição foram: 0%, 3% e 6%.
Determinou-se em laboratório as seguintes propriedades:
Viscosidade da barbotina em copo Ford n°4 (s)
Densidade aparente a seco (g/cm³)
Resistência mecânica a flexão a seco (kgf/cm²)
Absorção de água (%)
Cor de queima.
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Propriedades da barbotina
Densidade da barbotina Viscosidade Copo
Quantidade de Bentonita (%)
[g/cm³]
Ford n°4 [s]
0
1,696
18,35
3
1,692
18,91
6
1,693
19,28
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Propriedades a seco
Aumento no empacotamento
Densidade aparente a seco [g/cm³]
2,000
1,980
1,960
1,940
1,920
1,900
1,880
1,860
1,840
1,820
0
1
2
3
Teor de bentonita [%]
4
5
6
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Propriedades a seco
Resistência mecânica à flexão a seco [kgf/cm²]
Ganho de resistência mecânica a seco
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
0
1
2
3
Teor de bentonita [%]
4
5
6
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Propriedades pós-queima
Temperatura de queima para absorção de água ≤0,1
[°C]
Redução da temperatura de queima
1235
1230
1225
1220
1215
1210
1205
1200
1195
0
1
2
3
Teor de bentonita [%]
4
5
6
BENTONITA PARA O SETOR CERÂMICO
CASE 2 – PORCELANATOS BRANCOS
Propriedades pós-queima
PT 0%
PT 3%
PT 6%
CONCLUSÕES
A bentonita policatiônica de Quatro Barras – PR quando
empregada em massas de porcelanato aporta
empacotamento, resistência mecânica a cru e fundência sem
prejudicar a reologia das barbotinas.
A introdução de 3% de bentonita policationica promoveu um
aumento de 39% na resistência mecânica a seco, já a
introdução de 5% o aumento observado foi de 72% em
relação a massa sem bentonita.
Já na queima a introdução de 3% de bentonita resultou em
uma redução de 5°C na temperatura máxima de queima e com
5% a redução foi da ordem de 15°C.
CONCLUSÕES
A bentonita cálcica Argentina quando empregada em massas
de porcelanato aporta empacotamento, resistência mecânica
a cru e fundência sem cor de queima.
A introdução de 3% de bentonita cálcica promoveu um
aumento de 72% na resistência mecânica a seco, já a
introdução de 6% o aumento observado foi de 222% em
relação a massa sem bentonita.
Já na queima a introdução de 3% de bentonita resultou em
uma redução de 10°C na temperatura máxima de queima e
com 6% a redução foi da ordem de 30°C.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos experimentalmente já foram
reproduzidos com sucesso e industrialmente, tanto para
bentonita policatiônica como para a cálcica, em porcelanatos
obtidos por prensagem e também por compactação continua.