CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA DE PORCELANATOS COMO … · 1 De acordo com as normas ABNT NBR 13817 e...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS

CAMPUS AVANÇADO DE POÇOS DE CALDAS

INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

CAROLINE MORAES DA CRUZ

DÉBORAH CAROLINE DE OLIVEIRA

CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA DE PORCELANATOS COMO FONTES

ALTERNATIVAS DE ÁLCALIS

POÇOS DE CALDAS

2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS

CAMPUS AVANÇADO DE POÇOS DE CALDAS

INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA





Monografia apresentada como parte dos

requisitos para obtenção do título de Bacharel em

Engenharia Química pela Universidade Federal

de Alfenas.

Orientador: Profa. Dra. Carolina Del Roveri

Co-orientador: Profa. Dra. Sylma C. Maestrelli

POÇOS DE CALDAS

2015

FICHA CATALOGRÁFICA

C957c Cruz, Caroline Moraes da

Caracterização reológica de porcelanatos como fontes alternativas de álcalis. /

Caroline Moraes da Cruz; Déborah Caroline de Oliveira;

Orientação de Carolina Del Roveri. Poços de Caldas: 2015. 46 fls.: il.; 30 cm.

Inclui bibliografias: fls. 39-40

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –

Universidade Federal de Alfenas – Campus de Poços de Caldas, MG.

1. Porcelanato. 2. Feldspato. 3.Viscosidade. I. Oliveira, Déborah Caroline de. II. Del

Roveri, Carolina (orient.). III. Maestrelli, Sylma C (co-orient.). IV. Universidade

Federal de Alfenas – Unifal. V. Título.

CDD 664





A Banca examinadora abaixo assinada aprova o

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado

como parte dos requisitos para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Química pela

Universidade Federal de Alfenas.

Aprovado em:

Profa. Carolina Del Roveri

Instituição: Universidade Federal de Alfenas Assinatura:

Prof. Fabiano Cabanas Navarro


Prof. Rodolfo Foster Klein Gunnewiek


RESUMO

O porcelanato é um tipo de placa cerâmica de revestimento que vem se destacando atualmente

por apresentar boas propriedades estéticas, como a superfície decorada, e mecânicas, como a

baixa absorção de água e elevada resistência mecânica e resistência ao ataque químico. As

matérias-primas utilizadas para a produção de porcelanato são, principalmente, a argila e o

feldspato. O feldspato é uma das matérias-primas responsáveis pela formação de fase vítrea e

fase líquida durante a queima e auxilia no desenvolvimento de baixa porosidade e elevada

resistência da peça cerâmica. Porém, o Brasil apresenta reservas de feldspato em regiões

distantes dos centros produtores, o que leva as empresas a importarem ele, fato que encarece a

produção deste produto. Dessa forma surge como alternativa a utilização de nefelina para

substituir o feldspato, total ou parcialmente, pois estes minerais apresentam características

bastante similares. Para verificar se esta substituição garantirá as mesmas propriedades ao

porcelanato, foi necessário realizar o estudo da reologia da suspensão utilizada na produção.

Nesse ínterim, torna-se fundamental o estudo da viscosidade, já que ela pode variar conforme

a quantidade de sólidos presentes, e do teor de defloculante, pois ele evita a aglomeração das

partículas. As propriedades reológicas de massas de porcelanato são importantes para nortear

os processos de cominuição e homogeneização delas em moinhos de bolas, assim como seu

armazenamento e transporte durante o processamento cerâmico. Dado o exposto, este trabalho

teve por objetivo determinar, por análise da reologia da suspensão, a quantidade ótima de

defloculante e a concentração de sólidos máxima de suspensões formuladas a partir de: 100%

Feldspato, 75% Feldspato e 25% Nefelina, 50% Feldspato e 50% Nefelina, 25% Feldspato e

75% Nefelina e 100% Nefelina, de modo a garantir a manutenção da trabalhabilidade da massa

de porcelanato em um processo via úmida. Os resultados encontrados mostraram que a

viscosidade das suspensões é aumentada pelo percentual de nefelina presente.

Palavras-chave: Porcelanato, feldspato, nefelina, viscosidade, curva de defloculação, curva de

concentração de sólidos.

ABSTRACT

The porcelain is a type of ceramic tile which has been contrasted for its good aesthetic

properties, such as the decorated surface, and mechanical properties, such as low water

absorption, high mechanical strength and high resistance to chemical attack. The raw materials

used for the porcelain production are mainly clay and feldspar. The feldspar is one of the raw

materials responsible for the formation of the glass and liquid phases during firing, which helps

the development of high strength and low porosity of the ceramic piece. However, the feldspar

reserves in Brazil are distant from the producing centers, which leads the companies to the

importation, a fact that increases the cost for its production. Thereby, the use of nepheline

emerges as an alternative to replace feldspar, wholly or partially, since both minerals have

similar characteristics. To verify whether this replacement will ensure the same properties to

porcelain, a study on the rheology of the suspension used in production must be performed.

Then, the study of viscosity becomes fundamental, given that it can vary with the amount of

solids present, in addition to the study of the deffloculant amount, since it inhibits the particle

agglomeration. The rheological properties of porcelain are important to guide the comminution

and homogenization processes in ball mills, as well as its storage and transport during ceramic

processing. Given this information, this study aims to determine, by analysis of the rheology of

the suspension, the optimum amount of dispersant and the maximum concentration of solids of

suspensions made with: 100% Feldspar, 75% Feldspar and 25% Nepheline, 50% Feldspar and

50% Nepheline, 25% Feldspar and 75% Nepheline and 100% Nepheline, so that the

maintenance of workability of porcelain in wet process is guaranteed. The results found show

the viscosity of the suspension is increased by the percentage of nepheline present.

Key words: Porcelain, feldspar, nepheline, viscosity, deffloculation curve, solids concentration

curve.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Tipos de fluidos ....................................................................................................... 18

Figura 2 - Distribuição de tamanho de partícula do (a) feldspato e (b) nefelina ...................... 26

Figura 3 - Curva de defloculação para a formulação com 100% feldspato .............................. 28

Figura 4 - Curva de defloculação para a formulação com 75% feldspato e 25% nefelina ....... 29



Figura 7 - Curva de defloculação para a formulação com 100% nefelina ............................... 30

Figura 8 - Curvas de defloculação das formulações testadas ................................................... 31

Figura 9 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 100% feldspato ............ 33

Figura 10 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 75% feldspato e 25%

nefelina ..................................................................................................................................... 34


nefelina ..................................................................................................................................... 34


nefelina ..................................................................................................................................... 35

Figura 13 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 100% nefelina ............ 35

Figura 14 - Curva de concentração de sólidos para as formulações testadas ........................... 36

Figura 15 - Redução no custo da matéria-prima ...................................................................... 37

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Principais tipos de defloculantes ............................................................................. 20

Tabela 2 - Formulações analisadas ........................................................................................... 23

Tabela 3 - Análise química teórica ........................................................................................... 27

Tabela 4 - Curva de defloculação para as formulações ............................................................ 28

Tabela 5 - pH das formulações antes e depois da sedimentação .............................................. 32

Tabela 6 - Curva de concentração de sólidos para as formulações .......................................... 32

Tabela 7 - Redução no custo da matéria-prima ........................................................................ 37

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 11

2. OBJETIVO ........................................................................................................................... 12

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................. 13

3.1. Porcelanato .................................................................................................................... 13

3.1.1. Propriedades do Porcelanato .................................................................................. 13

3.1.2. Matérias-Primas ...................................................................................................... 14

3.2. Reologia ......................................................................................................................... 16

3.2.1. Viscosidade ............................................................................................................. 16

3.2.2. Principais Comportamentos .................................................................................... 17

3.3. Defloculantes ................................................................................................................. 19

3.3.1. Estabilização Eletrostática ...................................................................................... 20

3.3.2. Estabilização Estérica ............................................................................................. 21

3.3.3. Estabilização Eletrostérica ...................................................................................... 21

3.4. Nefelina ......................................................................................................................... 22

4. METODOLOGIA ................................................................................................................. 23

4.1. Parte A: Curva de Consumo de Defloculante das Suspensões ...................................... 24

4.2. Parte B: Concentração Crítica de Sólidos ...................................................................... 25

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 26

5.1. Matéria-Prima ................................................................................................................ 26

5.2. Curva de Defloculação .................................................................................................. 27

5.2. Curva de Concentração de Sólidos ................................................................................ 32

5.3. Análise da Viabilidade Econômica da Substituição das Matérias-primas .................... 36

6. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 39

REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 40

APÊNDICE A – Resultados de Distribuição de Tamanho de Partícula................................... 42

11

1. INTRODUÇÃO

O porcelanato é uma placa cerâmica de revestimento, que possui excelentes

características técnicas (SANCHEZ et al, 2001), e recebe este nome por apresentar semelhanças

nas características técnicas com relação à porcelana (MENEGAZZO, 2001). A crescente

procura por esse material é devida às suas propriedades técnicas, como resistência mecânica, e

estéticas, por poder apresentar uma superfície decorada conforme a aplicação desejada.

O porcelanato é constituído de diferentes matérias-primas, sendo que a principal delas

é o feldspato, responsável pelo estabelecimento das fases vítrea e líquida durante a queima, o

que garante sua baixa porosidade e alta resistência, característica fundamental ao porcelanato.

O consumo de feldspato vem crescendo anualmente, sendo que em 2011 esse valor foi de

327.706 toneladas. As principais reservas no Brasil encontram-se nos estados de Minas Gerais,

São Paulo e Paraná, além de Santa Catarina, Rio Grande do Norte, Paraíba, Bahia, Pernambuco

e Espírito Santo. No entanto, o feldspato adequado à produção de porcelanato é encontrado,

principalmente, no Nordeste (Paraíba e Rio Grande do Norte), resultando em alto preço devido

ao frete (PEREIRA JÚNIOR, 2012).

Como alternativa, tem-se a possibilidade de utilização da nefelina em substituição ao

feldspato, devido às propriedades serem similares. Desta forma, torna-se interessante a análise

das propriedades das massas cerâmicas de porcelanato substituindo total ou parcialmente o

feldspato por nefelina, visando a manutenção da qualidade atual do produto. A análise das

propriedades das formulações tem início no estudo da reologia da massa do porcelanato.

12

2. OBJETIVO

O objetivo geral deste trabalho foi a avaliação do potencial de uso da nefelina como

substituinte do feldspato na formulação de porcelanatos, comparando resultados de ensaios

reológicos. Para tal, os objetivos específicos deste trabalho envolveram:

Estudo das principais matérias-primas componentes do porcelanato, suas funções e

propriedades;

Estudo das propriedades reológicas do porcelanato convencional;

Estudo da reologia e sua influência nas propriedades do material;

Estudo da nefelina, suas funções e propriedades;

Execução de testes reológicos para análise da influência da nefelina na massa de

porcelanato.

13

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Porcelanato

A ABNT NBR 15463 classifica o porcelanato como uma cerâmica de revestimento

fabricada por prensagem a seco com absorção de água inferior a 0,5%, o que enquadra o

porcelanato no grupo de absorção Bla1 (MENEGAZZO, 2001). Quando o porcelanato começou

a ser produzido eram cerâmicas não esmaltadas, contudo, o mercado passou a exigir peças cada

vez mais sofisticadas, assim passou-se a produzir o porcelanato esmaltado (MENEGAZZO,

2001). Dessa forma, os porcelanatos foram classificados em três tipos, de acordo com o seu

acabamento: natural (peças rústicas), esmaltados (apresentam uma camada superficial de

vidrado) e polidos (superfície brilhante e lisa) (HOFFMANN, 2011).

O porcelanato é composto por uma mistura de materiais, como por exemplo argila,

feldspato e caulim. Depois da queima o porcelanato apresentará uma coloração branca caso

possua baixa quantidade de óxidos cromóforos (HOFFMANN, 2011).

3.1.1. Propriedades do Porcelanato

A utilização de porcelanatos vem crescendo ao longo dos anos devido à beleza e

principalmente às propriedades que o porcelanato possui. Umas das características mais

importantes é que os porcelanatos apresentam baixa absorção de água, que é de 0,1% em

porcelanatos técnicos, aqueles que tem elevada resistência mecânica e de 0,5% em porcelanatos

esmaltados (HOFFMANN, 2011). As demais características são:

Elevada resistência mecânica: alta dureza e alta resistência ao choque, o que permite

que o porcelanato possua baixa espessura;

Elevada resistência ao ataque químico: resistência a ácidos e álcalis, o que possibilita

seu uso em laboratórios e indústrias;

Alta resistência à abrasão: é um indicador da durabilidade do porcelanato, pode ser

superficial (quando são esmaltados) ou profunda (quando não são esmaltados), ideal

para locais com alto tráfego, como comércio e indústrias;

1 De acordo com as normas ABNT NBR 13817 e 15463, os revestimentos cerâmicos podem ser classificados como

A (extrudados), B (prensados) ou C (outros); ainda, essas classes se subdividem de acordo com a faixa de absorção

de água da peça. O grupo 1a, no qual o porcelanato se encaixa, apresenta tolerância de absorção de água de até

0,5%. Dessa forma, o grupo de uma peça de porcelanato prensada é B1a.

14

Impermeabilidade: baixa absorção de água, resistência à formação de manchas e

facilidade na limpeza (HOFFMANN, 2011).

Além de todas estas características, o porcelanato permite uma facilidade de

manutenção, além de apresentar aspectos estéticos positivos como a uniformidade de cores e as

diversas possibilidades de decoração (MENEGAZZO, 2001).

3.1.2. Matérias-Primas

A escolha de matérias-primas ideais para a produção de porcelanato é um desafio

inerente à sua produção, pois o controle de qualidade garante que o lote seja homogêneo e

atenda às especificações para que as variações durante a fusão da composição e diferentes

tonalidades sejam evitadas (MENEGAZZO, 2001).

A composição da mistura de matérias-primas que compõem o porcelanato apresenta

uma variação no percentual de argila e caulim (de 30-50% em peso) e a mesma proporção

anterior de feldspato; o ideal é que o teor de óxido de ferro presente seja baixo para que o

produto formado seja o mais branco possível a fim de que a adição de pigmentos seja eficaz na

coloração das peças (SANCHEZ et al, 2001). No decorrer da queima, os minerais alcalinos,

como o feldspato, formam uma fase líquida em grande quantidade, que penetra nos poros

presentes eliminando-os por forças de capilaridade, tendo que a viscosidade da fase líquida

tende a diminuir com o aumento da temperatura (SANCHEZ et al, 2001).

As principais matérias-primas utilizadas são:

Argila

As argilas podem apresentar diferenças significativas em seus componentes, o que faz

com que a plasticidade seja dependente da composição mineralógica. Sua granulometria é a

mais fina presente na massa de porcelanato, a resistência mecânica e a densidade a verde da

peça tendem a aumentar com o aumento da quantidade de argila presente. A argila é responsável

por garantir características reológicas ideais à massa bem como características de plasticidade

e fundentes, além de conferir resistência mecânica e garantir uma coloração clara do produto

após a queima (MENEGAZZO, 2001).

Os componentes da argila podem alterar suas propriedades: quanto menor a quantidade

de sílica (SiO2) maior será sua plasticidade; quanto maior for o percentual de alumina (Al2O3),

menor será a plasticidade; o óxido de ferro (Fe2O3) pode alterar a coloração da peça para tons

15

mais escuros, é uma impureza colorante que deve apresentar o menor teor possível; os óxidos

de magnésio e cálcio (MgO e CaO), são modificadores do poder de fusão mas também podem

afetar a coloração do produto, portanto seu teor deve ser baixo; entre outros (MENEGAZZO,

2001).

Caulim

É um minério constituído de silicatos hidratados de alumínio, como a caulinita

(Al2O3.2SiO2.2H2O). A alumina presente pode participar da reação de vitrificação, regular o

seu equilíbrio e formar uma fase vítrea sílico-aluminosa, ou formar mulita (formato de agulha),

que contribui para que haja aumento da resistência mecânica (HOFFMANN, 2011).

O caulim também pode aumentar a plasticidade e conferir uma tonalidade mais branca

à massa, contudo um teor superior a 10% acarreta problemas na prensagem e diminui a

resistência mecânica e a densidade a verde (MENEGAZZO, 2001).

Feldspato

Os feldspatos alcalinos são responsáveis pela redução da temperatura de queima do

porcelanato, é a matéria-prima mais cara compondo a massa e é utilizada em percentuais que

variam de 35 a 50% (MENEGAZZO, 2001).

Um elevado percentual de álcalis é necessário para o porcelanato, pois promove a

formação da fase líquida durante a queima, proporcionando o processo de densificação que

contribui para a redução da porosidade do produto final, aumentando sua resistência mecânica

(HOFFMANN, 2011).

A fusão do feldspato acontece entre 1150 e 1175ºC. Na escolha do feldspato deve-se

considerar a fusão e as impurezas presentes como os óxidos colorantes para que não haja uma

coloração indesejada na peça finalizada (MENEGAZZO, 2001).

Quartzo

O quartzo pode proporcionar a formação de mulita (3Al2O3.2SiO2) pelo equilíbrio entre

sílica e alumina, além de reduzir a retração do sistema e consequentes deformações

(HOFFMANN, 2011).

16

Talco

Tem como função proporcionar o aumento da fusibilidade do meio para que seja

formado um eutético com o feldspato. Melhora a resistência ao manchamento e à ruptura por

flexão (HOFFMANN, 2011).

3.2. Reologia

A Reologia é a ciência que estuda o fluxo dos materiais e a sua deformação quando

submetidos a uma solicitação mecânica externa. Seu conhecimento é necessário, por exemplo,

quando da seleção de equipamentos para transporte de sistemas cerâmicos (REED, 1988). Para

líquidos isotrópicos, a deformação não depende da direção de aplicação da solicitação

mecânica. Nesses casos, a relação entre tensão e deformação é simples e pode ser descrita pela

lei de Newton. Outros fluidos, porém, tais como suspensões, apresentam características

reológicas mais complexas, tornando necessário considerar outras variáveis ao analisar seus

comportamentos (PANDOLFELLI et al, 2000).

3.2.1. Viscosidade

A fim de determinar o comportamento reológico de qualquer fluido, independentemente

do grau de complexidade, usa-se a relação entre a tensão aplicada (τ) e a deformação do fluido

(γ). Haja vista que o fluido, ao contrário dos sólidos, se deforma continuamente conforme a

tensão é aplicada, torna-se necessário descrever a deformação do material com o tempo (�̇�)

(PANDOLFELLI et al, 2000).

Os fluidos mais simples podem ser descritos pela lei de Newton, baseada no modelo de

lâminas de fluido movendo-se em velocidades distintas. Nesse modelo, tem-se que a taxa de

deformação é equivalente ao gradiente de velocidade (PANDOLFELLI et al, 2000), conforme

pode ser visto na Equação (1):

�̇� =𝑑𝑣

𝑑𝑥 , (1)

em que �̇� é a taxa de cisalhamento e 𝑑𝑣 𝑑𝑥⁄ é o gradiente de velocidade ao longo da distância

dx.

17

Para os fluidos Newtonianos, observa-se que a tensão de cisalhamento é proporcional à

taxa de cisalhamento; a constante de proporcionalidade é conhecida como viscosidade do fluido

(𝜂𝐿), conforme Equação (2) (REED, 1988):

𝜏 = 𝜂𝐿𝑑𝑣

𝑑𝑥= 𝜂𝐿�̇� , (2)

em que 𝜏 é a tensão de cisalhamento e 𝜂𝐿 é a viscosidade do fluido.

A viscosidade é uma importante propriedade reológica do fluido, e indica a resistência

ao fluxo devido ao atrito interno entre as moléculas do fluido. Para os fluidos Newtonianos, tais

como suspensões diluídas e grande parte dos líquidos puros, a viscosidade é uma característica

intrínseca que depende apenas da temperatura e da pressão. No entanto, grande parte dos fluidos

de interesse não apresenta a proporcionalidade acima e, para estes fluidos, deve-se considerar

outras variáveis (REED, 1988; PANDOLFELLI et al, 2000).

3.2.2. Principais Comportamentos

Existem várias características a serem consideradas em suspensões mais concentradas,

além da temperatura e pressão, tais como concentração volumétrica de sólidos, distribuição

granulométrica das partículas e tipo de interação entre as partículas, entre outros. Para o caso

em que seja adicionado dispersante, deve-se considerar ainda a concentração de moléculas

dispersantes no meio líquido, peso molecular e conformação espacial da molécula de

dispersante, além da espessura da camada de dispersante adsorvida em torno das partículas da

suspensão (PANDOLFELLI et al, 2000).

O comportamento reológico das suspensões pode variar de acordo com o tempo ou não.

Para os comportamentos independentes do tempo, tem-se a pseudoplasticidade e dilatância,

enquanto que para os comportamentos dependentes do tempo tem-se a tixotropia e a reopexia.

Pode-se ainda existir algumas variações dos comportamentos básicos independentes do tempo,

para os casos em que o fluido requeira uma tensão mínima de escoamento para iniciar o fluxo.

Neste caso, tem-se também os fluidos Newtonianos com tensão de escoamento (fluido de

Bingham), pseudoplástico com tensão de escoamento e dilatante com tensão de escoamento

(REED, 1988), como indicado na Figura 1.

18

Figura 1 - Tipos de fluidos (Fonte: PERES; VIEIRA, 2012)

Pseudoplasticidade

Para líquidos e soluções de moléculas grandes ou suspensões contendo partículas

anisométricas não atrativas, pode haver orientação parcial das partículas durante o fluxo

laminar. Neste caso, se a orientação reduzir a resistência ao cisalhamento, a viscosidade

aparente da solução ou suspensão diminui com o aumento da taxa de cisalhamento. Tal

comportamento é descrito como pseudoplástico (REED, 1988).

O comportamento pseudoplástico é causado, principalmente, pela interação atrativa

entre as partículas. Suspensões contendo partículas com alta área superficial também são mais

propensas a pseudoplasticidade, devido à formação de pequenos aglomerados. Os aglomerados

fracos são os responsáveis pelo aparecimento da pseudoplasticidade, visto que sua estrutura

porosa absorve parte da água destinada à separação das partículas, aumentando a viscosidade

da solução. Quando submetida a uma tensão de cisalhamento, no entanto, os aglomerados

tendem a se soltar e liberam a água, diminuindo, desta forma, a viscosidade aparente da solução

(PANDOLFELLI et al, 2000).

Dilatância

Para suspensões defloculadas altamente concentradas, e também suspensões de

concentração moderada contendo aglomerados grandes, é comum encontrar o comportamento

dilatante (REED, 1988).

Neste caso, as partículas ficam bem empacotadas e, para que haja escoamento, o meio

líquido deve fluir por canais muito estreitos entre as partículas. Embora esse fator não influencie

19

muito a baixas tensões de cisalhamento, conforme a tensão aumenta torna-se cada vez mais

difícil, aumentando desta forma a viscosidade da suspensão com o aumento de taxa de

cisalhamento (REED, 1988; PANDOLFELLI et al, 2000).

A dilatância pode ser ocasionada por vários fatores. A presença de partículas com alta

rugosidade superficial ou formato assimétrico podem dificultar o deslocamento no meio

líquido. Distribuições granulométricas estreitas também contribuem por reduzir a distância

média entre as partículas para uma concentração fixa de sólidos.

Tixotropia

A tixotropia é um comportamento dependente do tempo, no qual a viscosidade aparente

da suspensão diminui conforme aumenta o tempo de aplicação de uma tensão cisalhante

constante. Este comportamento é frequentemente observado em suspensões contendo

aglomerados fracos, tais como os que apresentam comportamento pseudoplástico (REED,

1988).

A tixotropia acontece quando o processo de destruição dos aglomerados é lento, sendo

necessária a manutenção de uma tensão de cisalhamento fixa por um determinado tempo para

que haja a dissociação das partículas. Para que o comportamento tixotrópico se manifeste, deve-

se manter uma tensão de cisalhamento baixa por um longo período de tempo, e, depois,

aumentar rapidamente a taxa de cisalhamento, para que haja a dissociação do aglomerado e

redução da viscosidade (PANDOLFELLI et al, 2000).

Reopexia

A reopexia pode ser considerada um fenômeno inverso da tixotropia, e também é

observada em soluções contendo aglomerados fracos e partículas assimétricas. No entanto, no

caso da reopexia, submete-se a suspensão a uma tensão de cisalhamento elevada por um longo

período e, subsequentemente, submete-se a baixas taxas em intervalos curtos de tempo. Tem-

se, então, a formação de outros aglomerados, aumentando consequentemente a viscosidade da

solução ao longo do tempo (PANDOLFELLI et al, 2000).

3.3. Defloculantes

Em uma suspensão, tem-se a atuação de forças eletrostáticas sobre as partículas.

Dependendo do pH do meio, tal atuação pode fazer com que as partículas se comportem de

20

duas maneiras diferentes. Geralmente, para as massas de porcelanato, em meio ácido as

partículas se atraem e tem-se a floculação, enquanto que em meio básico as partículas se

repelem, causando a defloculação (TOZZI, 2008).

Os defloculantes tem a função de repelir as partículas umas das outras, inibindo desta

forma a aglomeração de partículas e causando uma redução na viscosidade aparente. A

determinação da quantidade de defloculante a ser utilizada, levando-se em conta as

características do meio, é necessária para que seja fixado o ponto ótimo de defloculação

(ZSCHIMMER & SCHWARZ, 2015).

Os mecanismos através dos quais os defloculantes agem são diversos, destacando-se

(TOZZI, 2008):

a. Mudança de pH, de ácido para básico, pela adição de uma base ou por hidrólise;

b. Troca iônica dos cátions presentes na dupla camada das partículas por cátions alcalinos;

c. Eliminação dos íons floculantes presentes na solução, por exemplo, via precipitação.

Os principais tipos de defloculantes podem ser vistos na Tabela 1.

Tabela 1 - Principais tipos de defloculantes (Fonte: TOZZI, 2008)

Orgânicos Inorgânicos

Ácido húmico e derivados Carbonatos de sódio e potássio

Lignossulfonatos alcalinos Hidróxidos de sódio e potássio

Compostos taninos Silicatos de sódio

Poliacrilatos e derivados acrílicos Fosfatos e polifosfatos

Policarbonatos Oxalatos de sódio e amônio

Citrato de sódio

Goma arábica

Na-CMC de baixa viscosidade

Os tipos de estabilização de coloides são, principalmente, eletrostática, estérica ou

eletrostérica.

3.3.1. Estabilização Eletrostática

O conceito de estabilização eletrostática leva em consideração o efeito da dupla camada

elétrica de partículas. Na superfície das partículas, tem-se a interrupção dos planos

cristalográficos, e os átomos na superfície ficam disponíveis para realizarem ligações a fim de

completar o octeto e ficarem estáveis. Desta forma, a superfície das partículas fica carregada

21

eletricamente e, quando a partícula é dispersa em um fluido, há a formação de uma nuvem de

cargas elétricas ao seu redor, denominada dupla camada elétrica (CERRUTTI, 2005).

Quando duas partículas se aproximam, tem-se a atuação das Forças atrativas de Van der

Waals e a repulsão ocasionada pela dupla camada elétrica. Quando a repulsão é superior à

atração, tem-se a estabilização eletrostática. (CERRUTI, 2005; ZSCHIMMER & SCHWARZ,

2015).

Uma característica típica da defloculação eletrostática refere-se à acentuada diminuição

dos níveis de viscosidade; entretanto, caso o defloculante continue a ser adicionado ao sistema,

observa-se um aumento mais rápido na viscosidade; ou seja, a defloculação eletrostática

permite que se atinja os menores níveis de viscosidade, mas flutuações do teor de defloculante

podem aumentar rapidamente os valores dessa viscosidade. Como exemplos de defloculantes

que agem com mecanismo de estabilização eletrostática, pode-se citar o silicato de sódio,

hidróxidos alcalinos e carbonatos alcalinos (TOZZI, 2008).

3.3.2. Estabilização Estérica

A estabilização estérica ocorre devido à adsorção de moléculas poliméricas sobre a

partícula, causando impedimento estérico. As moléculas de polieletrólitos adsorvem sobre a

partícula, nos sítios nos quais eles têm maior afinidade, e o restante da cadeia polimérica se

projeta na solução. A espessura deve ser adequada a fim de inibir as forças atrativas de Van der

Waals, desta forma estabilizando a solução. Caso a quantidade de defloculante utilizada não for

devidamente calculada, pode haver o entrelaçamento de partes da cadeia polimérica formando

uma espécie de alça. Desta forma, pode haver a aglomeração de partículas, resultando em efeito

contrário ao desejado (CERRUTTI, 2005).

A defloculação estérica, se comparada à eletrostática, não permite que se atinja níveis

tão baixos de viscosidade, mas pequenas alterações no teor adicionado de defloculante não

ocasionam mudanças tão rápidas (aumento) na viscosidade. Exemplos de defloculante de

estabilização estérica são os lignossulfonatos alcalinos, compostos taninos e ácido húmico e

derivados (TOZZI, 2008).

3.3.3. Estabilização Eletrostérica

A estabilização eletrostérica se dá pela combinação dos mecanismos eletrostático e

estérico, uma vez que o polímero ou polieletrólito modifica o perfil da camada dupla elétrica

22

ao se adsorver na partícula, além de suas propriedades superficiais, levando à estabilidade da

solução (CERRUTI, 2005).

A grande vantagem da estabilização eletrostérica é que, para fins práticos, consegue-se

atingir níveis de viscosidade mais baixos (influência do defloculante eletrostático), que

perduram por mais tempo (influência do defloculante estérico). Por exemplo, os poliacrilatos,

polifosfatos e policarbonatos alcalinos são defloculantes que atuam com mecanismo de

estabilização eletrostérica (TOZZI, 2008).

3.4. Nefelina

A nefelina (NaAlSiO4) pertence ao grupo dos feldspatoides, é um mineral

aluminossilicato de sódio, um constituinte importante na formação de rochas com baixa

quantidade de sílica, do grupo das rochas alcalinas. Apresenta dureza de 6 na escala Mohs,

possui clivagem perfeita, fratura irregular e é translúcida, tais propriedades se assemelham às

propriedades do feldspato. A maior parte das nefelinas apresenta composição química próxima

de Na3K(SiAlO4), que é considerada um composto de ordenação intermediária no sistema

binário NaAlSiO4-KAlSiO4. (DEER; HOWIE; ZUSSMAN, 2008).

Geralmente, a obtenção de nefelina é feita a partir de nefelina sienito, que é uma rocha

ígnea com grande quantidade de feldspatos sódicos e potássicos (álcalis). Ela apresenta uma

quantidade praticamente nula de quartzo livre e possui minerais ferromagnesianos (DEL

ROVERI et al, 2013). A região de Poços de Caldas apresenta grande disponibilidade dessa

matéria-prima.

O nefelina sienito possui composição feldspatoidica, pois apresenta de 80 a 95% de

feldspatos e feldspatoides em sua totalidade; normalmente a nefelina compreende de 20 a 30%

da constituição da rocha (VOLKMANN, 2004).

Por apresentar propriedades semelhantes ao feldspato bem como possuir um elevado

teor de alumina, o nefelina sienito é um substituto importante do feldspato na indústria

cerâmica, a grande quantidade de álcalis presente gera a redução da fusibilidade e possibilita a

sinterização das peças a temperaturas mais baixas. Contudo, a presença de óxidos de ferro e

magnetita é uma dificuldade da utilização do nefelina sienito pois são os responsáveis por uma

coloração indesejada para as peças de porcelanato, assim é preciso que os teores destes

compostos sejam baixos e que seja feita a separação magnética (SAMPAIO, FRANÇA e

BRAGA, 2008).

23

4. METODOLOGIA

Nesse trabalho, estudou-se o efeito da adição de nefelina em substituição ao feldspato,

tendo sido elaboradas 5 formulações diferentes, fixando-se os percentuais dos outros

componentes:

Formulação 1: 100% Feldspato

Formulação 2: 75% Feldspato e 25% Nefelina



Formulação 5: 100% Nefelina

Os cálculos foram feitos com base em formulações encontradas em bibliografia

(BAUCIA JR. et al, 2010); as formulações obtidas estão relacionadas na Tabela 2. As matérias-

primas usadas nesse estudo são comumente utilizadas na formulação de porcelanatos e já

estavam beneficiadas, tendo sido obtidas por doação pela Mineração Curimbaba e Endeka

Ceramics. Como defloculante, utilizou-se o silicato de sódio, visto que esse é o defloculante

mais utilizado na produção de porcelanatos, e também é mais barato. O silicato de sódio atua

com o mecanismo de estabilização eletrostática.

Tabela 2 - Formulações analisadas (Fonte: autores)

Matéria-Prima Formulações

1 2 3 4 5

Quartzo 35,0 % 35,0 % 35,0 % 35,0 % 35,0 %

Feldspato 35,0 % 26,3 % 17,5 % 8,8 % 0,0 %

Nefelina Sienito 0,0 % 8,8 % 17,5 % 26,3 % 35,0 %

Argila 25,0 % 25,0 % 25,0 % 25,0 % 25,0 %

Calcita 3,0 % 3,0 % 3,0 % 3,0 % 3,0 %

Zircônio Zirconita 2,0 % 2,0 % 2,0 % 2,0 % 2,0 %

Para a realização da caracterização reológica básica das suspensões estudadas foram

realizados os ensaios de Curva de Consumo de Defloculante ou Curva de Defloculação e ensaio

de Determinação da Concentração Crítica de Sólidos ou Curva de Concentração de Sólidos.

Realizou-se também a Determinação da Distribuição de Tamanho de Partícula das matérias-

primas utilizadas nesse estudo; utilizou-se para tal o equipamento Malvern Mastersizer 2000.

Este ensaio foi realizado na empresa Endeka Ceramics. As amostras em estudo foram

encaminhadas para a realização de análises químicas e mineralógicas; porém, as mesmas não

ficaram prontas a tempo de serem apresentadas neste documento.

24

4.1. Parte A: Curva de Consumo de Defloculante das Suspensões

Inicialmente foram efetuados os cálculos para a obtenção do valor das massas dos

componentes a serem utilizados nas suspensões cerâmicas, bem como o volume de água a ser

acrescentado e as porcentagens reais de sólidos contidas nas mesmas. O volume total

estabelecido para as suspensões foi de 300 ml; foram adotados como valores de massa

específica real e massa específica aparente os valores de 2,65 g/cm³ e 1,70 g/cm³,

respectivamente (valores usuais para uma massa de porcelanato industrial) (BIFFI, 2002). O

volume de água a ser adicionado na suspensão foi calculado como 201,5 ml, utilizando-se a

Equação (3):

𝑉𝐻2𝑂 = 𝑉𝑠 (𝜌𝑟 − 𝜌𝑎

𝜌𝑟 − 1) (3)

em que VH2O é o volume de água, Vs é o volume de sólidos, 𝜌r é a massa específica real e 𝜌a é

a massa específica aparente.

Com os valores adotados, foi calculada a massa total de sólidos (𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎) a ser utilizada

como 393,5 g para a composição da formulação, através da Equação (4):

𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝑉𝑠. 𝜌𝑟 (𝜌𝑎 − 1

𝜌𝑟 − 1) . (4)

A porcentagem real de sólidos (%𝑠𝑜𝑙) contida nas suspensões foi calculada pela

Equação (5), sendo obtido o valor de 66,13%:

%𝑠𝑜𝑙 = (𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑀ú𝑚𝑖𝑑𝑎) . 100 (5)

sendo,

𝑀ú𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝑉𝑠. 𝜌𝑎 (6)

25

Os componentes da formulação foram pesados em uma balança analítica Digimed

modelo DG-5000, com precisão de 0,1 cP. Após a pesagem, os componentes receberam a

quantidade previamente calculada de água para a obtenção da suspensão e seguiram para um

moinho tipo periquito (moinho planetário) modelo MA360/P, onde passaram por uma

homogeneização pelo período de aproximadamente 10 minutos.

Uma vez homogeneizada, a suspensão foi retirada do moinho e uma fração foi separada

e acomodada em um béquer de 100 ml, sendo levada a um viscosímetro rotacional Fungilab

para a realização da primeira parte dos ensaios. Foi utilizado o spindle R6 do equipamento e o

viscosímetro foi ajustado para 100 rpm, em medições de 2 minutos.

Foi realizada a medição da viscosidade inicial da suspensão analisada, em seguida, cada

medição foi obtida adicionando-se uma gota do defloculante silicato de sódio à suspensão. As

medidas foram realizadas até a estabilização dos valores obtidos pelo equipamento. O

procedimento foi repetido duas vezes para cada formulação.

4.2. Parte B: Concentração Crítica de Sólidos

Para a segunda parte da caracterização reológica, foi preparada uma suspensão contendo

os mesmos valores em massa e água utilizados na primeira parte do experimento (para o ponto

ótimo, de menor viscosidade), sendo acrescentada a quantidade de defloculante silicato de sódio

considerada ótima de acordo com a análise realizada no mesmo. A suspensão foi levada ao

viscosímetro, onde foi medida sua viscosidade inicial e, posteriormente, as viscosidades

contendo um aumento na ordem de 3% por vez na porcentagem de sólidos, calculada segundo

a Equação (5). O procedimento foi repetido até que a viscosidade da suspensão não pudesse

mais ser medida pelo aparelho, sendo realizado para as cinco formulações analisadas e

anotando-se todos os dados para as análises posteriores. O procedimento foi repetido duas vezes

para cada formulação.

26

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Matéria-Prima

Na Tabela 3 estão relacionadas as análises químicas teóricas médias de matérias-primas,

semelhantes às utilizadas nesse estudo. Na Figura 2 encontram-se os gráficos obtidos de

distribuição de tamanho de partícula para o feldspato e para a nefelina, uma vez que nestas

matérias-primas concentram-se as principais diferenças observadas. Os resultados obtidos no

Malvern para as demais matérias-primas estão dispostos no Apêndice A.

(a)

(b)

Figura 2 - Distribuição de tamanho de partícula do (a) feldspato e (b) nefelina

(Fonte: autores – ensaio realizado em empresa parceira)

Observa-se que a distribuição do tamanho de partícula para as duas matérias-primas é

bastante distinta, sendo que a nefelina apresenta maior tamanho médio de partículas que o

feldspato, além de uma tendência monomodal. Para as demais matérias-primas, cujos resultados

são apresentados no Apêndice A, verifica-se distribuição bastante similar, em função do

beneficiamento sofrido (moagem/micronização).

27

Tabela 3 - Análise química teórica (Adaptado de: BAUCIA et al, 2010 e BIFFI, 2008)

Elementos Matéria-Prima

Quartzo Feldspato Nefelina Argila Calcita Zirconita

SiO2 99,81 65,17 63,20 46,89 8,20 33,00

Al2O3 0,12 19,09 19,60 38,05 0,06 0,10

Fe2O3 0,08 0,03 0,23 0,46 4,20 0,10

CaO - 0,10 0,38 0,02 49,80 -

Na2O 0,03 2,85 6,90 0,03 22,3 -

K2O 0,06 11,63 8,30 1,14 0,03 -

TiO2 0,07 0,01 0,14 0,03 0,01 0,15

MgO - 0,02 0,01 - 13,60 -

ZrO2 traços traços traços traços traços 66,00

PF 0,1 0,68 - 13,20

Apesar das análises químicas apresentadas serem gerais para as matérias-primas, é

interessante sua observação para verificar as principais diferenças entre as mesmas. A nefelina

apresenta comumente um teor um pouco inferior de potássio, frente ao feldspato, porém mostra

um teor mais elevado de sódio. Na somatória, o teor de álcalis (potássio e sódio) é bastante

similar para a ambos. Além desses óxidos, o óxido de titânio e óxido de ferro presentes é muito

superior na nefelina, em comparação ao feldspato, o que pode afetar o processo de defloculação

do sistema.

5.2. Curva de Defloculação

As formulações foram preparadas conforme descritas anteriormente, e os resultados

obtidos encontram-se listados na Tabela 4, bem como os gráficos estão dispostos nas Figuras 3

a 8. Pode-se observar que, considerando-se os limites de confiança, todas as curvas apresentam

comportamento similar, principalmente considerando-se o ponto de defloculante ótimo. Tal

fato é um bom indicativo da compatibilidade da nefelina em substituição parcial ou total ao

feldspato.

28

Tabela 4 - Curva de defloculação para as formulações (Fonte: autores)

Defloculante

(%)

Viscosidade (cP)

1 2 3 4 5

0,46 1542,8 ± 366,6 1977,7 ± 467,1 1711,7 ± 807,1 3195,2±1512,6 2459,6±1059,8

0,51 618,8 ± 64,1 1031,3 ± 805,5 1115,0 ± 829,2 1822,3±1386,3 1325,2 ± 746,8

0,56 328,6 ± 57,5 511,5 ± 215,0 430,8 ± 253,9 607,5 ± 308,4 797,4 ± 120,4

0,61 198,6 ± 23,3 233,0 ± 39,4 212,7 ± 16,2 328,6 ± 150,1 374,7 ± 104,4

0,66 117,4 ± 18,1 160,6 ± 14,2 172,4 ± 13,5 201,4 ± 49,2 210,5 ± 2,0

0,71 96,3 ± 2,9 128,3 ± 7,7 140,2 ± 6,5 150,1 ± 8,6 157,7 ± 23,3

0,76 86,2 ± 1,6 109,5 ± 18,7 118,1 ± 7,3 118,4 ± 8,8 107,7 ± 0,1

0,81 80,8 ± 0,5 104,7 ± 0,1 104,2 ± 0,6 100,9 ± 0,9 93,9 ± 0,1

Figura 3 - Curva de defloculação para a formulação com 100% feldspato (Fonte: autores)

29

Figura 4 - Curva de defloculação para a formulação com 75% feldspato e 25% nefelina

(Fonte: autores)


(Fonte: autores)

30


(Fonte: autores)

Figura 7 - Curva de defloculação para a formulação com 100% nefelina (Fonte: autores)

31

Figura 8 - Curvas de defloculação das formulações testadas (Fonte: autores)

Foi possível observar que, para todas as formulações testadas, houve sedimentação da

suspensão após 0,76% de adição de defloculantes. Assim sendo, foi escolhido como ponto

ótimo de defloculante2 o ponto com adição de 0,71% de silicato de sódio, pois ele oferece a

menor viscosidade sem sedimentação. Foi possível observar também que, à medida em que a

concentração de nefelina aumenta na suspensão, a sedimentação ocorre de maneira mais

abrupta e acentuada quando a adição de silicato de sódio é igual ou superior a 0,76%.

Com relação à Figura 8, pode-se constatar que, apesar das curvas apresentarem-se

bastante semelhantes, observa-se uma tendência na diminuição da viscosidade das composições

com maior teor de feldspato, o que pode estar relacionada à composição química (teor de sílica),

como já apresentado.

A fim de estabelecer parâmetros que possam auxiliar na interpretação da sedimentação,

foi medido o pH das suspensões com 0,46% de adição de defloculante (suspensão inicial) e

0,76%; os resultados obtidos estão dispostos na Tabela 5. É possível que, devido à alteração de

pH causada pela adição de silicato de sódio, a suspensão tenha saído do intervalo isoelétrico, e

qualquer adição de defloculante poderia causar efeito contrário; ou seja, causar a floculação ou

2 É considerado o ponto ótimo de defloculante como aquele no qual a adição de defloculante resulta na menor

viscosidade possível; teoricamente, após esse ponto a viscosidade volta a subir. Nesse trabalho, no entanto, a

viscosidade não aumentou devido à sedimentação ocorrida após a adição de 0,76% de defloculante.

32

sedimentação da suspensão. Além disso, outro fator importante está relacionado à distribuição

do tamanho médio de partículas da nefelina (Figura 2), superior à do feldspato.

Tabela 5 - pH das formulações antes e depois da sedimentação (Fonte: autores)

Defloculante

(%)

pH

1 2 3 4 5

0,46 6,8 7,1 7,1 6,9 6,9

0,76 9,4 8,7 8,6 9,0 9,0

Ainda, analisando-se os resultados da distribuição de tamanho de partícula, pode-se

observar que a nefelina utilizada possui granulometria mais grossa que o feldspato. Tal fator

pode ter contribuído para a maior sedimentação observada nas formulações com maiores teores

de nefelina.

5.2. Curva de Concentração de Sólidos

A preparação das formulações foi realizada seguindo a descrição do procedimento já

citada previamente e os resultados obtidos encontram-se listados na Tabela 6; os gráficos

obtidos são mostrados nas Figuras 9 a 14.

Tabela 6 - Curva de Concentração de Sólidos para as Formulações (Fonte: autores)

Concentração

de sólidos

(%)

Viscosidade

(cP)

1 2 3 4 5

66,13 221,4 ± 37,7 219,1 ± 14,6 224,2 ± 46,0 320,7 ± 24,5 362,5 ± 77,6

69,13 353,9 ± 80,1 377,1 ± 24,1 292,1 ± 20,3 525,8 ± 18,1 686,9 ± 36,8

72,13 614,5 ± 80,0 695,6 ± 10,7 533,8 ± 46,3 1034,6 ± 63,4 1185,7 ± 22,3

75,13 1141,1 ± 62,1 1316,4 ± 51,1 958,3 ± 232,4 1892,7 ± 473,7 2804,8 ± 311,6

78,13 2371,8 ± 49,8 2292,5 ± 64,8 2273,0 ± 25,5 3652,2 ± 695,6 4959,5±1410,3

81,13 5205,1 ± 343,6 4437,2 ± 329,4 4402,0 ± 218,7 6951,2 ± 502,2 6965,9 ± 455,5

84,13 8351,5 ± 0,1 7674,2 ± 832,6 - - -

O valor inicial de concentração de sólidos, de 66,13%, foi obtido por meio de cálculo,

por isso há precisão de casas decimais.

É notável que à medida em que a porcentagem de nefelina na formulação aumenta há o

consequente aumento da viscosidade, contudo, mesmo diante de tal aumento, as formulações

apresentam o mesmo comportamento à adição de sólidos da formulação. Este aumento de

33

viscosidade se deve ao fato de que a nefelina apresenta uma menor quantidade de sílica em sua

composição química quando comparada ao feldspato e à maior presença de óxido de titânio e

de óxido de ferro, que dificultam a defloculação do sistema.

Quando há a presença de feldspato em sua totalidade ou em maior parte, a quantidade

de sólidos máxima é de 84,13%, enquanto que nas formulações de proporção semelhante de

feldspato e nefelina ou a maior parte de nefelina, há uma porcentagem máxima de sólidos de

81,13%. A quantidade de sólidos máxima que se pode obter diminui à proporção que aumenta

a quantidade de nefelina presente, fazendo assim com que haja uma maior quantidade de água

na suspensão, fato que, no entanto, não gera grande impacto nos valores gastos para a sua

produção, devido à grande diferença de custo entre feldspato e nefelina. Pode-se observar,

ainda, que a composição com 50% feldspato e 50% nefelina foi a que apresentou a menor

viscosidade dentre todas as formulações testadas.

Figura 9 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 100% feldspato (Fonte: autores)

34

Figura 10 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 75% feldspato e 25% nefelina

(Fonte: autores)


(Fonte: autores)

35


(Fonte: autores)

Figura 13 - Curva de concentração de sólidos para a formulação com 100% nefelina (Fonte: autores)

36

Figura 14 - Curva de concentração de sólidos para as formulações testadas (Fonte: autores)

Diante do comportamento semelhante da viscosidade das formulações estudadas, à

medida que sólidos são adicionados, a nefelina apresenta potencial de substituição parcial ou

total do feldspato na produção de porcelanato, do ponto de vista reológico.

Outro ponto importante observado foi a coloração adquirida pela suspensão com a

adição de nefelina. Nas formulações que envolvem feldspato, a suspensão apresenta uma

coloração mais clara, e vai adquirindo tons mais escuros de marrom até que haja a substituição

total do feldspato pela nefelina. Este fato seria prejudicial à substituição destas matérias-primas

tradicionalmente, pois as cerâmicas de revestimentos eram consideradas boas quando

apresentavam coloração branca (informação verbal)3; todavia, atualmente não há mais

restrições quanto à coloração do porcelanato, pois estes são esmaltados.

5.3. Análise da Viabilidade Econômica da Substituição das Matérias-primas

Uma das justificativas para que o feldspato seja substituído, total ou parcialmente, por

rochas potássicas, como a nefelina, é a redução dos custos para a produção de porcelanato.

O feldspato é uma matéria-prima que é fornecida quase que na sua totalidade pela região

nordeste do Brasil, o que acarreta gastos elevados na sua compra devido ao valor do frete para

que chegue às regiões que produzem o porcelanato. Em média, uma tonelada de feldspato custa

3 Informação verbal da Profa. Dra. Carolina Del Roveri.

37

R$800,00, quando considerados os impostos e o frete (SANTOS, 2015). O crescimento da

indústria de porcelanato e o consequente aumento de sua produção bem como a redução de

áreas de mineração de feldspato, devido às questões ambientais, sugerem um estudo para

viabilizar ainda mais a produção de porcelanato.

A nefelina presente na região de Poços de Caldas que é utilizada atualmente para a

produção de fertilizantes, apresenta características semelhantes ao feldspato e, conforme

mostrado anteriormente, tem potencial para substitui-lo. Tendo em vista que a região de Poços

de Caldas possui uma boa malha viária para a distribuição desta matéria-prima e que o preço

da tonelada de nefelina é, em média, R$342,85, é notório que sua substituição acarretará

grandes vantagens na produção do porcelanato (SANTOS, 2015).

Considerando-se fixos os outros custos e alterando-se apenas essa matéria-prima, pode-

se observar a diminuição gradual do custo do porcelanato, conforme indicado na Tabela 7 e

Figura 15.

Tabela 7 - Redução no custo da matéria-prima (Fonte: autores)

Formulação Redução no Custo (%)

100% Feldspato 0,0

75% Feldspato e 25% Nefelina 14,3



100% Nefelina 57,1

Figura 15 - Redução no Custo da Matéria-prima (Fonte: autores)

Pode-se comprovar, então, que a utilização de nefelina em substituição ao feldspato na

massa de porcelanatos é favorável tanto em termos técnicos, visto que ela pouco altera o

38

comportamento reológico da massa, quanto em termos econômicos, haja vista a grande

diferença de custo entre as duas matérias-primas, resultando em uma economia de 57,1%.

Atualmente, tanto a produção quanto a utilização do porcelanato vêm aumentando,

devido às ótimas propriedades técnicas e estéticas que ele apresenta. Contudo, alguns fatores

como a redução da mineração de feldspato, matéria-prima mais importante na produção do

porcelanato, e também o alto valor agregado na sua compra, por vir em sua maior parte da

região nordeste do Brasil, fazem com que haja uma busca por uma matéria-prima que apresente

potencial para substituí-lo, a fim de minimizar os gastos.

39

6. CONCLUSÃO

Com este estudo foi possível analisar as características reológicas da suspensão de

porcelanato em 5 formulações distintas, desde o feldspato puro até a sua substituição total por

nefelina. Foi observado que independentemente da quantidade de nefelina presente na

suspensão o comportamento da curva de defloculação foi o mesmo, e todas tiveram um ponto

ótimo de defloculante em 0,71%. O comportamento semelhante também ocorreu para a curva

de concentração de sólidos, contudo foi observado que à medida que a proporção de nefelina

presente na suspensão aumenta, há uma redução na quantidade máxima de sólidos que pode ser

utilizado, reduzindo de 84,13% das formulações com uma maior quantidade de feldspato para

81,13% quando há a mesma proporção entre os dois ou uma maior proporção de nefelina,

contudo este fato não é um fator prejudicial para a produção do porcelanato. É notório também

que à medida que se acrescenta nefelina à formulação há um aumento da viscosidade devido à

quantidade de sílica presente, que é inferior ao feldspato.

Fica indubitavelmente posto que a nefelina apresenta um grande potencial para

substituir o feldspato por apresentar características reológicas semelhantes ao porcelanato

tradicional. Tal fato é comprovado pela análise econômica, que mostra que haverá redução de

cerca de 57% dos custos inerentes à produção do porcelanato.

Como sugestão para trabalhos futuro propõe-se os testes utilizando outros tipos de

defloculantes, assim como outras composições, visando definir a composição ideal para

fomentar as condições ideais de homogeneização da massa em moinhos de bolas, assim como

seu armazenamento e transporte na planta de produção.

40

REFERÊNCIAS

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revestimento – classificação. Rio de Janeiro, 1997.

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quitosana quartenizada. Dissertação. São Carlos. 2005.

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42

APÊNDICE A – Resultados de distribuição de tamanho de partícula

1. Distribuição do tamanho de partícula do feldspato

43

2. Distribuição do tamanho de partícula da nefelina

44

3. Distribuição do tamanho de partícula do quartzo

45

4. Distribuição do tamanho de partícula da argila

46

5. Distribuição do tamanho de partícula da calcita

47

6. Distribuição do tamanho de partícula do silicato de zircônio

CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA DE PORCELANATOS COMO … · 1 De acordo com as normas ABNT NBR 13817 e...

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