UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ARDÓSIA EM
COLAGEM DE BARBOTINAS, UTILIZANDO SILICATO DE SÓDIO E
POLIACRILATO DE AMÔNIO COMO DISPERSANTES
(USE OF SLATE’S RESIDUES IN SLIP CASTING, WITH SODIUM
SILICATE AND AMMONIUM POLYACRYLATE AS DISPERSANTS)
L.B.Palhares1; D.F.Galvão1, R.A.S.Filho1, M.A.D.Rodrigues1
1Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET). Departamento de
Engenharia de Materiais. Avenida Amazonas, 5352, Nova Suíça, Belo Horizonte, MG. CEP:
30.421-169
Resumo
Resíduos provenientes da extração e beneficiamento de ardósia foram utilizados, na forma de
pó, para a produção de peças cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas. O pó de
ardósia foi tratado e suspensões cerâmicas foram produzidas com concentração de sólidos de
55% em massa. Para dispersão dos pós foram utilizados o silicato de sódio e o poli(acrilato)
de amônio (NH4PA) nas porcentagens de 0,05% em massa. As peças obtidas foram
caracterizadas de acordo com a Norma ASTM C373-88/2006 e microscopia eletrônica de
varredura analisadas pelo software ImageJ para obtenção dos valores de porosidade.
Verificou-se que a produção de peças cerâmicas de qualidade com resíduos da extração de
ardósia é possível com os dois dispersantes, sendo as com poliacrilato de amônio com menor
porosidade e absorção de água, além de possuírem menor taxa de colagem.
Palavras chave: Ardósia, Colagem de Barbotinas, Cerâmica, Silicato de Sódio, Poliacrilato
de Amônio
Abstract
Residues coming from slate’s extraction and processing was used at this work as a powder,
for ceramic bodies’s production, by slip casting process. The slate’s powder was treated and
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ceramic slurries were produced with solids concentration by 55% m/m. For dispersion, were
used sodium silicate and ammonium polyacrylate (NH4PA) by 0,05% m/m. The resultant’s
bodies were characterized in porosity and water absorption by ASTM C373-88/2006 and
ImageJ analysis. It was verified the possibility to produce good quality ceramic bodies’ with
powder from slate’s extraction for both dispersants, though ammonium polyacrylate achieved
bodies with less porosity and water absorption.
Keywords: Slate, Slip Casting, Ceramics, Sodium Silicate, Ammonyum Polyacrylate
INTRODUÇÃO
A ardósia, além do mármore e do granito, é uma rocha utilizada como adorno na
construção civil como material de revestimento e decoração, devido suas propriedades físicas
e aspecto visual. Segundo [1], trata-se de uma rocha com baixo grau de metamorfismo, dura,
inerte com tonalidade variada do cinza escuro ao preto, com mineralogia baseada em quartzo,
micas, cloritas, óxido de titânio e outros, materiais que se aproximam da composição das
argilas, o que possibilita seu uso como materiais cerâmicos. Uma propriedade notável da
ardósia é sua clivagem em lâminas delgadas, resultante de sua recristalização sob pressão.
A extração de ardósia é feita à céu aberto, através do corte de blocos de rocha que são
separados facilmente em chapas, devido sua clivagem. Essas chapas são posteriormente
passadas pela etapa de beneficiamento, responsável pelo polimento e corte nas dimensões
requeridas pelos clientes. De acordo com [2], em 2013 o Brasil foi o segundo maior produtor
e consumidor mundial de ardósia, sendo Minas Gerais responsável por cerca de 95% da
extração.Por ano, são gerados cerca de 240000 toneladas de pó de resíduo com granulometria
fina, provenientes tanto da etapa de extração quanto de beneficiamento da rocha.
A composição química, mineralógica e a geração de resíduos na extração de ardósia
tornam sua utilização em cerâmica tradicional viável e sustentável, onde o processamento por
colagem de barbotinas pode ser destacado, devido seu baixo custo em relação aos outros
tradicionais para esses materiais, como prensagem e extrusão, e ao fato de poderem ser
produzidas peças de diferentes geometrias e de qualidade.
O processamento cerâmico por colagem de barbotinas corresponde ao vazamento de uma
suspensão cerâmica (barbotina, mistura de pó cerâmico, solvente e aditivos) em um molde de
gesso (sulfato de cálcio hidratado, CaSO4.2H2O), que absorve parte da água por capilaridade,
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dando origem ao corpo cerâmico verde. A figura 1 ilustra o processo de colagem de
barbotinas.
Figura 1. Processamento por colagem de barbotinas [3].
Os aditivos utilizados em suspensões cerâmicas aplicadas em colagem de barbotinas são,
principalmente, dispersantes (ou defloculantes) e ligantes. Este é responsável pelo incrimento
da resistência à verde dos corpos cerâmicos, e os dispersantes evitam a formação de
aglomerados entre as partículas de pó cerâmico, evitando a formação de poros grandes e
garantindo assim, a qualidade do material produzido. Essa inviabilização da formação de
aglomerados é feita através da modificação da carga das partículas (criando uma barreira
eletrostática) ou por impedimento físico (criando uma barreira física).
De acordo com [4], o Silicato de Sódio corresponde à soluções comerciais baseadas em
diferentes proporções de SiO2 e Na2O, sendo muito utilizado na indústria mineral como
dispersante/depressor, principalmente devido seu baixo custo. Os mecanismos de atuação
desse composto na superfície de partículas são desconhecidos. Em água, pode sofrer reações
como hidrólise e oligomerização, que ajudam a entender os resultados obtidos de sua
aplicação nessa função.
O Poliacrilato de Amônio trata-se de um polieletrólito, sendo uma molécula polimérica
com sítios ionizáveis em cada mero de sua cadeia. Esses sítios, quando ionizados, são
responsáveis por conferir ou modificar a carga das partículas, criando a barreira eletrostática.
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Além disso, por se tratar de uma macromolécula, também atua criando uma barreira física,
evitando que as partículas se aglomerem por Forças de Van der Waals e Movimento
Browniano.
O presente trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade de produção de peças
cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas, através de suspensões feitas com resíduo em
pó da extração de ardósia. Além disso, visa-se descobrir qual dos dispersantes (Silicato de
Sódio e Poliacrilato de Amônio) propicia o maior êxito nessas condições.
Tratamento e caracterização do pó de ardósia
O pó de ardósia foi peneirado a úmido em peneira de 400# e secado em estufa(marca) a
110ºC por 24h. A curva de distribuição granulométrica do pó foi obtida em um granulômetro
a laser, marca CILAS, modelo 1090. A cristalografia foi determinada em um difratômetro de
raios X SHIMADZU XDR-7000, para detecção dos minerais presentes.
Preparação dos moldes de gesso, das suspensões cerâmicas e das peças
Foram produzidos moldes de gesso na consistência 70 com formato cilíndrico para
vazamento da barbotina e conformação das peças. Foram produzidas duas suspensões com
porcentagem de sólidos de 55% p/p com os dispersantes silicato de sódio comercial e
poliacrilato de amônio (Dispex A40) nas proporções de 0,05% em massa.
Caracterização das peças
As peças foram caracterizadas por testes de porosidade por imersão e absorção de água,
segundo a norma ASTM C373-88/2006 e análise por imagens feitas em um Microscópio
Eletrônico de Varredura, da marca SHIMADZU e modelo SSX-550, com auxílio do software
ImageJ. Além disso, foi medida a taxa de colagem das peças para as duas suspensões em
mm/s.
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RESULTADOS E DISCUSSÕES
Caracterização do pó de ardósia
Como pode ser observado na Figura (2), as partículas possuem diâmetros entre
aproximadamente 0,2µm e 100,0µm, com predominância maior de partículas entre 0,6µm e
60µm e como dito anteriormente, esse pó passou por peneira 400# por exigência do
processamento. Porém, sabe-se que partículas em suspensão em água tendem a se aglomerar,
podendo formar-se aglomerados com maiores dimensões.
O difratograma de raios-X do pó de ardósia está representado na Figura (3). Observa-se a
presença de minerais como Quartzo e argilominerais como Clinocloro (grupo das Cloritas),
Muscovita (grupo das Micas), Albita e Ortoclásio (grupo dos Feldspatos) - o que era esperado
para essa rocha segundo autores mencionados aqui anteriormente - sendo os três primeiros em
maior proporção.
Cada mineral confere uma propriedade importante para a rocha. A muscovita, por
exemplo, é responsável pela principal propriedade da ardósia: a clivagem basal perfeita. Esse
fenômeno ocorre devido a existência de ligações mais fracas numa direção cristalográfica,
onde a fratura ocorrerá preferencialmente. Além disso, por pertencer ao grupo das micas, esse
mineral possui dureza baixa segundo a escala Mohs: entre 2 e 2,5. Já o quartzo confere maior
estabilidade dimensional a peças cerâmicas, além de elevar a temperatura de fusão.
Figura 2. Curva de distribuição granulométrica do pó de ardósia
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Figura 3. Difratograma de raios-X do pó de ardósia
Caracterização das peças cerâmicas
Os valores de porosidade e absorção de água obtidos através do método por imersão para
as peças com poli (acrilato) de amônio (PAA) e silicato de sódio (SS) como dispersantes
encontram-se na tabela I. As amostras com PAA apresentaram menor porosidade e absorção
de água em relação às com SS, além de serem obtidos resultados mais precisos.
Tabelas I. Resultados de porosidade por imersão e absorção de água, peças com
poliacrilato de amônio e silicato de sódio.
Porosidade (%) Absorção de água (%)
Poli (acrilato) de amônio 2,9 ± 0,5 1,2 ± 0,4
Silicato de sódio 3,3 ± 0,4 1,3 ± 0,6
As Figuras (4) a (7) apresentam as imagens das peças a verde de PAA e SS em diferentes
regiões.
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Figura 4. Peça a verde de PAA em duas regiões (A) cima/centro (B) cima/borda
Figura 5. Peça a verde de PAA em duas regiões (C) baixo/centro (D) baixo/borda
Figura 6. Peça a verde de SS em duas regiões (E) cima/centro (F) cima/borda
(A) (B)
(D) (C)
(E) (F)
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Figura 7. Peça a verde de SS em duas regiões (G) baixo/centro (H) baixo/borda
As figuras 8 a 11 apresentam as imagens das peças de PAA e SS após tratamento térmico
em diferentes regiões.
Figura 8. Peça sinterizada de PAA em duas regiões (A) cima/centro (B) cima/borda
Figura 9. Peça sinterizada de PAA em duas regiões (C) baixo/centro (D) baixo /borda
(G) (H)
(A) (B)
(C) (D)
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Figura 10. Peça sinterizada de SS em duas regiões (E) cima/centro (F) cima/borda
Figura 11. Peça sinterizada de SS em duas regiões (G) cima/centro (H) cima/borda
Figura 12. Esquema representando a localização das fotos obtidas no MEV
(E) (F)
(G) (H)
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As imagens obtidas foram analisadas via software ImageJ para cálculo dos valores de
porosidade. Os valores obtidos para as peças a verde e após sinterização encontram-se nas
tabelas II e III.
Tabelas II. Resultados de porosidade por por análise de imagens para as peças a verde com
poliacrilato de amônio e silicato de sódio.
Porosidade (%)
cima/centro
Porosidade (%)
cima/borda
Porosidade (%)
baixo/centro
Porosidade (%)
baixo/borda
PAA 7,8 9,1 8,4 8,5
SS 8,6 7,9 9,8 7,7
Tabelas III. Resultados de porosidade por por análise de imagens para as após tratamento
térmico com poliacrilato de amônio e silicato de sódio.
Porosidade (%)
cima/centro
Porosidade (%)
cima/borda
Porosidade (%)
baixo/centro
Porosidade (%)
baixo/borda
PAA 2,4 3,1 3,8 3,2
SS 3,6 3,2 5,1 5,1
Comparando as figuras 4 (A) e (B) e figura 6 (E) e (F) observa-se próximo ao molde a
presença de partículas menores e maior empacotamento devido a maior sucção pelos capilares
do molde de gesso. As partículas menores possuem menor massa e, portanto, menor inercia e
movimentam-se mais facilmente. Próximo à suspensão verifica-se a presença de partículas
maiores e um empacotamento mais heterogêneo. Na foto próxima ao molde nota-se a
presença de lamelas características da ardósia.
Quando são comparadas as figuras 5 (C) e (D) e figuras 6 (G) e (H), próximo ao molde
nota-se novamente a presença de partículas menores e o aumento de tamanho a medida que
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afasta-se do mesmo em direção à suspensão (centro da peça). Em ambos os casos observa-se a
presença de partículas maiores que na parte superior da peça devido ao efeito da gravidade.
Devido a melhor compactação das partículas na região próxima ao molde os valores de
porosidade são menores tanto no topo (7,8%) quanto no fundo (8,4%) da peça quando
comparados com as porosidades no centro no topo (9,1%) e no fundo (8,5%). Essa diferença
pode ser explicada pela dificuldade de compactação à medida que afasta-se do molde em
função da diminuição das forças de sucção devido a presença da parede da peça já formada.
No fundo, a presença de partículas de maior tamanho depositadas mais rapidamente devido à
força da gravidade e a presença de partículas de formato lamelar e irregular da ardósia
dificultam o empacotamento aumentando a porosidade.
Em todas as peças sinterizadas foi verificada a formação de fase líquida, capaz de
preencher parcialmente os poros e diminuir a porosidade em relação às peças à verde. Esse
fato é possível devido à presença no pó de ardósia de argilominerais pertencentes à classe dos
Feldspatos, como albita e ortoclásio, que possuem baixo ponto de fusão.
As peças sinterizadas com PAA como dispersante apresentaram porosidade e absorção
de água menores em relação às com SS, o que condiz com os ensaios de porosidade por
imersão, segundo a norma ASTM C373-88/2006.
Os valores obtidos para a taxa de colagem das peças produzidas para o PAA e SS
foram respectivamente, 0,044mm/s e 0,067mm/s. Observa-se uma maior velocidade de
formação de parede das peças fabricadas com o dispersante silicato de sódio. Os maiores
valores podem ser atribuidos à existência de aglomerados na suspensão com esse dispersante,
que levou a um menor empacotamento na peça aumentando a sua porosidade.
CONCLUSÕES
A caracterização do pó de ardósia apresenta similaridade mineralógica com argilas,
principais matérias-primas para cerâmicas tradicionais, o que demonstra o potencial desse
material para produção de materiais cerâmicos. Entre esses minerais podemos citar o quartzo,
muscovita, clinocloro, albita e ortoclásio, sendo os três primeiros presentes em maiores
proporções na rocha.
Através das análises de porosidade por imersão, segundo a norma ASTM C373-
88/2006, e de imagens (via software ImageJ), verificou-se uma porosidade média menor das
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amostras com PAA do que para as amostras com SS sugerindo melhor dispersão da suspensão
e melhor empacotamento das partículas na superfície do molde de gesso.
Verificou-se a formação de fase líquida nas peças sinterizadas devido a presença de
feldspatos na ardósia que possuem menor temperatura de fusão em relação aos outros
minerais permitindo a diminuição da porosidade das peças.
As peças produzidas com Silicato de Sódio apresentaram uma taxa de colagem maior em
relação às com PAA.
O trabalho mostrou que a produção de peças cerâmicas pela técnica de colagem de
barbotinas, com pó de rejeito de ardósia e os dispersantes silicato de sódio e poli (acrilato) de
amônio é viável, tanto pela importância socioambiental destacada neste artigo, quanto a
geração de empregos nas regiões onde a ardósia é extraída.
AGRADECIMENTOS
Empresa Micapel Slate pelo fornecimento do pó de ardósia proveniente das minas de
Pompéu-MG. Ao Laboratório de Caracterização de Materiais do Departamento de Engenharia
de Materiais do CEFET-MG pelas análises feitas para este trabalho.
REFERÊNCIAS
[1] Mansur, H.S. and Souza, L.P., 2000 “Caracterização de pó de ardósia proveniente de
rejeitos quanto a cristalinidade e comportamento térmico”, Universidade Federal de Minas
Gerais, Belo Horizonte, Brazil.
[2] Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais, 2014 “Exportações e
importações brasileiras de rochas”, Website, Disponível em
<http://www.abirochas.com.br/estatisticas.php>, Brasília, Brazil.
[3] Richerdson, D.W., 1992, “Modern Ceramic Engineering”, 2a Ed, Salt Lake City.
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[4] Lopes, G.M., Peres, A.E.C., Pereira, C.A. and Antônio, L.M., 2011 “O emprego do
silicato de sódio como dispersante/depressor na indústria mineral”, XXIV ENTMME,
Salvador, Brazil.
[5] Moreira, B.H.M., Palhares, L. B. and Perini, P.C.D., 2012, “Reaproveitamento de resíduos
de ardósia na fabricação de peças cerâmicas pela técnica de colagem de barbotinas”, Blog
Newton Paiva, Belo Horizonte, Brazil.
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