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Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345012 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
PROPRIEDADES REOLÓGICAS DAS ARGILAS DO TIPO “BALL CLAY” DO ESTADO
DA PARAÍBA
R. M. R. Wellen*, J. G. Freire*, G. A. Neves**, M. C. Silva**, H. C. Ferreira**
Universidade Federal da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de
Engenharia de Materiais. Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, CEP- 58109-970,
Campina Grande-PB. Fone (083) 310 1183, Fax (083) 310 1178
*Alunas de IC
** Professores
RESUMO
O estudo da viscosidade das dispersões argilosas permite caracterizá-las
reologicamente. Estas propriedades dependem, dentre outros parâmetros do teor e
natureza dos defloculantes, da concentração de sólidos, da forma e dimensão das
partículas. Este trabalho tem como objetivo principal estudar argilas plásticas da
Paraíba, para uso em cerâmica branca, através das características mineralógicas e
reológicas. Para viabilizar este trabalho foram efetuados os ensaios de caracterização,
tais como: análise química, análise térmica diferencial e difração de raios-x, e
reológicos através da determinação da viscosidade aparente das dispersões com
concentração de sólidos de 58% na viscosidade mínima, da curva de defloculação,
com viscosímetros tipo Fann-35 e Brookfield, para diversas taxas de cisalhamento. Os
resultados permitiram caracterizá-las como ‘ball clays’ típicas com comportamento
pseudoplástico.
Palavras-chave: caracterização mineralógica, reológica, argilas.
INTRODUÇÃO
As argilas plásticas para Cerâmica Branca (ball-clays), são argilas sedimentares,
originadas por alteração hidrotérmica de rochas geralmente graníticas, de granulação
fina, contendo a caulinita como argilomineral predominante, podendo conter um pouco
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345022 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
de esmectita e ilita, geralmente contaminada por matéria orgânica e baixo teor em
ferro, queimando do branco ao creme.
A adição das argilas plásticas para cerâmica branca às massas cerâmicas tem
por finalidades:
1 - aumentar a plasticidade durante a conformação;
2 - desenvolver alta resistência a verde e a seco de modo a reduzir as perdas no
manuseio;
3 - aumentar a fluidez das barbotinas,
4 - aumentar a faixa de vitrificação, melhorando as propriedades do corpo queimado. [1]
Estas argilas, quando estudado o seu comportamento reológico, são submetidas
ao ensaio de defloculação, que consiste em determinar o ponto mínimo de viscosidade
de dispersão da argila pela adição de defloculantes. Este o ponto mínimo é o que
corresponde à máxima dispersão dos agregados de partículas, isto é, individualização
das unidades cinéticas. O mecanismo que ocorre no ensaio de defloculação de uma
argila é o seguinte: a argila dispersa em água possui agregados ou aglomerados, que
dão origem a uma elevada viscosidade; adicionando-se defloculantes há adsorsão nas
faces menores das partículas e se estabelece um potencial zeta acima do crítico; as
interações face-to-face e edge-to-edge são destruídas e há repulsão entre partículas e
destruição de agregados ou aglomerados, resultando diminuição de viscosidade até um
mínimo; com mais eletrólito, atinge-se o potencial zeta crítico e o sistema fica de novo
instável, há agregação ou aglomeração das partículas e começa o ramo ascendente da
curva de defloculação[2]; com a curva de defloculação as argilas podem ser
classificadas como fluídos Não Newtonianos, ou seja, que não apresentam uma
proporcionalidade entre a tensão cisalhante e o gradiente de velocidade, à temperatura
e pressão constante em regime laminar, a viscosidade portanto não é única e varia
com a magnitude da tensão aplicada[3]. Esses fluídos podem ser classificados como
pseudo-plásticos, quando a sua viscosidade é reduzida com o aumento da taxa de
cisalhamento; dilatantes, quando a sua viscosidade aumenta com a taxa de
cisalhamento[4]; tixotrópicos, quando a viscosidade do fluído aumenta com o tempo de
repouso, a tixotropia é uma transformação sol-gel isotérmica e reversível, no caso das
argilas a tendência a tixotropia é função do potencial zeta, da concentração e
anisotropia das partículas constituintes, nos fluídos tixotrópicos a tensão de
cisalhamento diminui com o tempo para uma mesma taxa de cisalhamento
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345032 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
(deformação)[2], e fluídos reopéticos quando apresentam um comportamento contrário à
tixotropia, ou seja, quando a tensão de cisalhamento aumenta com o tempo de fluxo
para uma mesma taxa de deformação.[3]
Sérios problemas são enfrentados pela indústria de Cerâmica Branca do Brasil,
no que diz respeito ao controle da qualidade (recepção) de matérias primas e a
escassez de novas jazidas capazes de substituir, no mesmo nível de qualidade,
matérias primas tradicionalmente aceitas por estas indústrias. Essa pesquisa alcança
então sua importância, tendo como objetivo principal caracterizar as argilas plásticas do
município de Alhandra- PB para uso em cerâmica.
MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE
Materiais
Foi estudado o comportamento reológico de 3 argilas do município de Alhandra
do Estado da Paraíba, apresentando granulometria inferior a peneira ABNT Nº 200
(abertura 0,074 mm).
O defloculante utilizado foi silicato de sódio com densidade 1,40 g/cm3, cedido pela
Celite do Nordeste S/A
Métodos
Ensaios de Caracterização
Análise Química
A composição química das amostras de argilas utilizadas foram determinadas
segundo o método de análise química do laboratório de Analises Minerais do CCT/
PRAI/ UFPB.
Análise Térmica Diferencial e Análise Termogravimétrica
As curvas termodiferencial e termogravimétrica foram obtidas através de um
sistema de análises térmica Modelo RB-3000 da BP Engenharia, no laboratório de
cerâmica do DEMa/CCT/UFPB.
Difração de Raios-x
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345042 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
As curvas de difração de raios-x foram obtidas através de um difratômetro com
detector curvo INEL com tubo de cobre com K de 1,5406 Aº, no laboratório de
nanoestrutura da ENSCI (Ecole Nationale Supérieuse de Céramique Industrielle)
Limojes-França.
Ensaios Tecnológicos
Barbotinas
As barbotinas foram preparadas com as amostras passadas em peneira
ABNT Nº 200 (abertura 0,074 mm), foi adicionada água destilada e defloculante
suficiente para obter uma densidade de 1,56 g/cm3 e fluidez (concentração
aproximadamente de 58 %) no ponto inicial, no laboratório de cerâmica do
DEMa/CCT/UFPB.
Ensaios de Viscosidade
As amostras foram submetidas a uma agitação de 2 minutos e as leituras foram
feitas nos viscosímetros em rotações diferentes a cada 15 segundos. No estudo das
argilas com relação a dependência do tempo as leituras foram realizadas em dois
períodos de tempo 15 segundos após a agitação quando em seguida permaneceram
90 minutos em repouso e então foi realizada outra leitura, no laboratório de cerâmica
do DEMa/CCT/UFPB.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Composição Química
Os valores das análises químicas das argilas estudadas estão na Tabela I.
Observando os valores contidos na Tabela I, verifica-se que as amostras
apresentam elevado teor de Al2O3, o que indica serem argilas semi-refratárias. Com
relação a perda por calcinação (PF), o valor elevado obtido para as argilas sugerem a
presença de matéria orgânica, enquanto que o baixo teor de Fe2O3,indica que as
argilas podem ser utilizadas para fabricação de produtos para cerâmica branca, já que
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345052 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
este, quando presente em grandes quantidades, atua na diminuição do ponto de fusão
das argilas e favorece a coloração escura.
Tabela I – Análise química das argilas estudadas
Amostras
PF
(%)
RI
(%)
SiO2
(%)
Fe2O3
(%)
Al2O3
(%)
CaO
(%)
MgO
(%)
K2O
(%)
Na2O
(%)
1 13,52 ND 57,20 1,60 27,68 NIHIL Traços Traços NIHIL
2 11,97 0,84 52,27 3,11 31,44 NIHIL 0,49 0,06 Traços
3 13,95 0,79 51,02 1,35 32,12 NIHIL 0,73 Traços Traços
N.D = não determinado
Composição Mineralógica
Os difratogramas das argilas estudadas encontram-se na Figura 3.
Através dos difratogramas é possível verificar a presença dos argilominerais
caulinita e quartzo nas argilas estudadas; a presença da caulinita favorece o uso
dessas argilas em cerâmica branca. A amostra 3 apresenta, em relação ao quartzo
maior teor de caulinita e a amostra 1 menor teor.
0 30 60 2 Theta-Scale
Figura I: Difratogramas das amostras estudadas
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345062 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
Comportamento Térmico
Observando-se as curvas de ATD, verificou-se que as amostras apresentaram
pequeno pico endotérmico aproximadamente a 150o C , correspondente a perda de
Observando as curvas de ATD (Figura II), verifica-se que as amostras apresentam
pequeno pico endotérmico aproximadamente a 150ºC, correspondente à perda de
água livre e adsorvida; em torno de 597oC as amostras apresentam pico endotérmico
de média intensidade correspondente à perda de hidroxila, e por volta de 950oC um
pico exotérmico de pequena intensidade correspondente a nucleação de mulita.
Comparando os termogramas das amostras estudadas verifica-se que a amostra 3
apresenta maior teor de caulinita.
Observando-se as curvas da ATG (Figura III) das amostras estudadas, verifica-se
que estas apresentam perda de massa referente à água livre e adsorvida
aproximadamente a 106ºC, a perda de matéria orgânica ocorrepor volta de 494ºC e
perda de massa referente a desidroxilação aproximadamente a 600ºC.
Em uma análise geral dos resultados, verifica-se que os termogramas estudados
são característicos das argilas do tipo ball clay.
Os resultados obtidos para as análises térmica diferencial e termogravimétricas
encomtram-se nas figuras 2 e 3
Figura II: Análise Térmica Diferencial das Amostras de Argilas Estudadas
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345072 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
Ensaios Tecnológicos
Ensaios Preliminares
Os ensaios cerâmicos preliminares para as amostras estudadas encontram-se
na referência [6], onde verifica-se que as amostras apresentam cor branca após queima
a 1250ºC.
Propriedades Reológicas
As Tabela II, III e IV apresentam os valores para a viscosidade aparente (Cp)
das amostras 1, 2 e 3 respectivamente com as leituras após 15 segundos e após 90
minutos medidas no viscosímetro Fann-35 nas velocidades: 100, 200, 300 e 600
rpm.Observando os valores contidos nestas tabelas verifica-se que a barbotina 1
apresenta viscosidade aparente (cp) a 200 rpm para 15 segundos no ponto de
defloculação inicial de 411 cp, o que corresponde a um consumo de defloculante de 1,0
ml; a barbotina 2 obteve viscosidade aparente igual a 442,5 (cp) o que corresponde a
um consumo de defloculante de 3,0 ml; e a barbotina 3 obteve uma viscosidade
aparente inicial igual a 210 (cp), o que corresponde a 1,5 ml de defloculante. A partir do
ponto inicial as barbotinas apresentaram uma viscosidade aparente decrescente com o
teor de defloculante e verificou-se um mínimo de: 39,5 (cp) para a barbotina 1
(corresponde a 7,4 ml de defloculante); 251,25 (cp) para a barbotina 2 (corresponde a
3,7 ml de defloculante) e 51,75 (cp) (corresponde a 3,7 ml de defloculante).Para
viscosidade aparente (cp) com leitura após 90 minutos de repouso a barbotina 1
apresentou uma viscosidade no ponto de defloculação inicial de 361,5 (cp)
(corresponde a 1,0 ml de defloculante); a barbotina 2 apresentou uma viscosidade
Figura III: Análise Termogravimétrica das Amostras de Argilas Estudadas
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345082 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
inicial de 382,5 (cp) (corresponde a 3 ml de defloculante) e a barbotina 3 apresentou
um viscosidade inicial de 186 (cp) (que corresponde a 1,5 ml de defloculante). A partir
do ponto inicial as barbotinas apresentaram uma viscosidade aparente decrescente
com o teor de defloculante e verificou-se um mínimo para barbotina 1 de 72 (cp)
(corresponde a 7,4 ml de defloculante); barbotina 2 de 349,5 (cp) (corresponde a 3,7 ml
de defloculante) e a barbotina 3 um mínimo de 68,25 (cp) (corresponde a 3,7 ml de
defloculante).
Para alguns valores de defloculante contidos nas tabelas não foi possível
realizar a leitura da viscosidade, isto ocorreu porque a viscosidade para esses valores
era muito alta o que impossibilitou a leitura pelo viscosímetro.
Tabela II: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 1
ml de defloculante viscosidade da amostra 1 (Fann)
600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min
1,0 Nd Nd Nd 262 411 361,5 813 6901,5 87 89 152 124 211,5 162 396 295,52,0 65 54,5 72 73 57 91,5 141 1352,5 43 54,5 62 73 34,5 87 78 1293,7 31 49 41 66 49,5 78 72 1084,9 30 49 39 65 48 76,5 66 103,56,2 33 54,5 43 72,5 51,75 84 72 1117,4 30 48 38 62 45 72 63 969,8 33 49,5 41 63 46,5 82,5 61,5 10512,3 38,5 56,5 47 71 56,25 90 76,5 11417,3 44,5 68,5 55 86 66 98,25 91,5 12622,3 51 87 65 112 78 129 111 166,5
Tabela III: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 2ml de
defloculanteviscosidade da amostra 2 (Fann)
600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min
2,5 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd3,0 Nd Nd Nd Nd 442,5 382,5 670,5 5613,7 Nd Nd 237 Nd 251,25 349,5 303 4174,9 Nd Nd 273,5 Nd 292,5 441 342 5226,2 Nd Nd Nd Nd 360 Nd 430,5 5947,4 Nd Nd Nd Nd 387,75 Nd 463,5 6309,8 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345092 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
Tabela IV: Viscosidade aparente medida no viscosímetro Fann – 35 para amostra 3ml de
defloculante Viscosidade aparente (cp)600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm
15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min 15 s 90 min1,0 Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd1,5 85 81 146,5 131 210 186 402 3512,0 57 58,5 84,5 82 116,25 106,5 198 1742,5 36,5 46 49 58 51,75 66,75 70,5 88,53,7 39,5 50,25 45,5 61 51,75 68,25 66 874,9 52 67,75 61 82 69 91,5 88,5 265,56,2 54 75,5 63,5 93 71,25 104,25 90 130,57,4 58,5 86,5 68 105 76,5 117 96 145,59,8 60 84,25 68,5 99,5 75,75 109,5 93 13212,3 84,75 121,75 97 142,5 108 154,5 132 184,517,3 79,5 122 89 130,5 99,75 138,75 124,5 157,5
Nd = não determinado
As Figuras IV, V e VI apresentam as curvas de defloculação da amostra 1,
amostra 2 e amostra 3 respectivamente com leitura após 15 segundos e com leitura
após 90 minutos, na rotação de 200 rpm.
Figura IV: Curva de defloculação da amostra 1
Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutos
Figura V: Curva de defloculação da amostra 2Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutos
Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutos
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345102 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
Nestas figuras pode-se observar que a curva para leitura após 15 segundos
apresenta um mínimo para a amostra 1 (Figura IV) equivalente a adição 0,085 % de
Na2O, ocorrendo em seguida um pequeno aumento na viscosidade, quando então é
verificado outro mínimo para 0,2516 % de Na2O; para amostra 2 (Figura V) houve um
mínimo em 0,1258 % de Na2O e para a amostra 3 pode-se observar um mínimo para a
mesma quantidade de defloculante da amostra 2 . Para leitura após 90 minutos a
Figura IV apresenta um mínimo para 0,085 % de Na2O, a Figura V apresenta um
mínimo para 0,1258 % de Na2O; o mesmo observada para a amostra 3 (Figura VI).
Analisando-se as curvas com leitura após 15 segundos e com leitura após 90 minutos,
observa-se que as curvas de defloculação com leitura após 90 minutos apresentam
uma viscosidade superior do que as curvas com leitura após 15 segundos, logo
verifica-se que as amostras apresentam um comportamento tixotrópico.
A Figura VII apresenta as curvas de viscosidade no ponto mínimo para
as amostras 1, 2 e 3. Nesta Figura pode-se observar uma diminuição no valor da
Viscosidade aparente (cp) com leitura após 15 segundosViscosidade aparente (cp) com leitura após 90 minutos
Gráfico IV: Curva de defloculação da amostra 2Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutosGráfico V: Curva de defloculação da amostra 3
Figura VI: Curva de defloculação da amostra 3
Curva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutosCurva de viscosidade com leitura após 15 segundos
Curva de viscosidade com leitura após 90 minutos
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345112 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
viscosidade das amostras com o aumento da taxa de deformação, logo estas
apresentam um comportamento pseudoplástico.
CONCLUSÃO
Foram estudadas argilas do Estado da Paraíba, após os ensaios de
caracterização e reológicos, pode-se chegar as seguintes conclusões:
Composição química: Através da análise química verificou-se que devido ao baixo
teor de Fe2O3, as argilas poderão ser utilizadas em cerâmica branca, e o alto teor
de Al2O3 classificam-nas como sendo semi-refratárias.
Composição Mineralógica: Os difratogramas das argilas estudadas apresentaram
caulinita e quartzo
Comportamento Térmico:
Análise termo diferencial: Através das curvas de ATD verificou-se que a amostra
3 apresentou um maior teor de caulinita
Gráfico VI: Curva de Viscosidade Mínima das amostras 1, 2 e 3
Figura VII: Curva de Viscosidade Mínima das amostras 1,2 e 3
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345122 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
Análise termogravimétrica: Através das curvas de ATG verificou-se que as
amostras apresentaram perda de massa similar as das argilas cauliníticas
Propriedades reológicas: Através dos ensaios reológicos pode-se observar que:
As argilas estudadas apresentaram um comportamento pseudoplástico, como
também um aumento da viscosidade com tempo possuindo portanto
características tixótropicas.
A amostra 2 apresentou um maior índice de tixotropia, enquanto que a amostra
3 apresentou um menor índice.
As amostras apresentaram um baixo consumo de defloculante no ponto mínimo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Petrobrás, Divisão de Ensino. Salvador. Setor de Ensino da Bahia, 1983 (mimeog.)
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Brasileiros Utilizados em Cerâmica Sanitária. Tese de Mestrado Apresentada na
Universidade de São Paulo). 1972.
6. COSTA, A.C.F.M., NEVES, G. A. e CARTAXO, F.S. Caracterização das argilas “Ball
Clays” do Estado da Paraíba. João Pessoa: Anais do V Encontro de Iniciação
Científica da UFPB, 1997, p. 33-37.
ABSTRACT
The study of the viscosity of the loamy dispersions allows to characterize them
rheologicaly. These properties depend, between other parameters of the text and
deflocculantes nature, of the concentration of solids, of the form and dimension of the
particles. This work had as main objective to study plastic clays of Paraíba for use in
white ceramic, through the mineralogical characteristics and rheological.To make
Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 345132 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.
possible this work characterization rehearsals they were made, such as: chemical
analysis, analysis thermal differential and x-ray difraction, and rheological through the
determination of the apparent viscosity of the dispersions with concentration of solids of
58% in the minimum viscosity, of the deflocculation curve, with vicometer Fann-35 and
Brookfield, for several shear rates. The results allowed to characterize them with ' ball
typical clays' with behavior peseudoplastic.
Word-key: mineralogical characterization, rheological, clays