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Título: Estudo de massa cerâmica triaxial visando à otimização do ciclo de queima da indústria de cerâmica estrutural
Autor(es): Sales Júnior, José Carlos Calado
Palavras-chave: Cerâmica estrutural;Filito;Resíduo de caulim;Ciclo de queima;Planejamento experimental.;Structural ceramics;Phyllite;Kaolin waste;Firing cycle;Experimental design.
Data do documento: 31-Mai-2012
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: SALES JÚNIOR, José Carlos Calado. Estudo de massa cerâmica triaxial visando à otimização do ciclo de queima da indústria de cerâmica estrutural. 2012. 156 f. Tese (Doutorado em Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2012.
Resumo: Over recent years the structural ceramics industry in Brazil has found a very favorable market for growth. However, difficulties related to productivity and product quality are partially inhibiting this possible growth. An alternative for trying to solve these problems and, thus, provide the pottery industry the feasibility of full development, is the substitution of firewood used in the burning process by natural gas. In order to contribute to this process of technological innovation, this paper studies the effect of co-use of ceramic phyllite and kaolin waste on the properties of a clay matrix, verifying the possible benefits that these raw materials can give to the final product, as well as the possibility of such materials to reduce the heat load necessary to obtain products with equal or superior quality. The study was divided into two steps: characterization of materials and study of formulations. Two clays, a phyllite and a residue of kaolin were characterized by the following techniques: laser granulometry, plasticity index by Atterberg limits, X-ray fluorescence, X-ray diffraction, mineralogical composition by Rietveld, thermogravimetric and differential thermal analysis. To study the formulations, specifically for evaluation of technological properties of the parts, was performed an experimental model that combined planning involving a mixture of three components (standard mass x phyllite x kaolin waste) and a 23 factorial design with central point associated with thermal processing parameters. The experiment was performed with restricted strip-plot randomization. In total, 13 compositional points were investigated within the following constraints: phyllite ≤ 20% by weight, kaolin waste ≤ 40% by weight, and standard mass ≥ 60% by weight. The thermal parameters were used at the following levels: 750 and 950 °C to the firing temperature, 5 and 15 °C/min at the heating rate, 15 and 45min to the baseline. The results showed that the introduction of phyllite and/or kaolin waste in ceramic body produced a number of benefits in properties of the final product, such as: decreased absorption of water, apparent porosity and linear retraction at burn; besides the increase in apparent specific mass and mechanical properties of parts. The best results were obtained in the compositional points where the sum of the levels of kaolin waste and phyllite was maximal (40% by weight), as well as conditions which were used in firing temperatures of 950 °C. Regarding the prospect of savings in heat energy required to form the desired microstructure, the phyllite and the residue of kaolin, for having small particle sizes and constitutions mineralogical phases with the presence of fluxes, contributed to the optimization of the firing cycle.
metadata.dc.description.resumo: Ao longo dos últimos anos a indústria de cerâmica estrutural no Brasil vem encontrando um mercado bastante favorável para o crescimento. Entretanto dificuldades relacionadas à produtividade e qualidade dos produtos estão inibindo parcialmente esse possível crescimento. Uma das alternativas para tentar solucionar esses problemas e, consequentemente, proporcionar ao setor oleiro a viabilidade do pleno desenvolvimento, é a substituição da lenha utilizada no processo de queima pelo gás natural. Com o intuito de contribuir nesse processo de inovação tecnológica, o presente trabalho trata-se de um estudo do efeito da co-utilização de filito cerâmico e resíduo de caulim sobre as propriedades de uma matriz argilosa, verificando os possíveis benefícios que esses materiais podem atribuir ao produto final, bem como, a possibilidade dessas matérias-primas reduzirem a carga térmica necessária para obtenção de produtos de igual ou superior qualidade. O trabalho foi divido em duas etapas: caracterização dos materiais e estudo das formulações. Duas argilas, um filito e um resíduo de caulim foram caracterizados através das seguintes técnicas: granulometria à laser, índice de plasticidade pelos limites Atterberg, fluorescência de raios X, difração de raios X, composição mineralógica por Rietveld, análise termogravimétrica e análise térmica diferencial. Para o estudo das formulações, mais especificamente para avaliação das propriedades tecnológicas das peças, foi executado um modelo experimental que combinou um planejamento envolvendo mistura de três componentes (massa padrão x filito x resíduo de caulim) e um planejamento fatorial 23 com ponto central associado aos parâmetros térmicos de processamento. A experimentação foi realizada com restrição na aleatorização por strip-plot. No total foram investigados 13 pontos composicionais dentro das seguintes restrições: filito ≤ 20% em peso; resíduo de caulim ≤ 40% em peso; e massa padrão ≥ 60% em peso. Os parâmetros térmicos foram utilizados nos seguintes níveis: 750 e 950 °C para temperatura de queima; 5 e 15 °C/min para a taxa de aquecimento; 15 e 45 min para o patamar. Os resultados obtidos demostraram que a introdução do filito e/ou resíduo de caulim na massa cerâmica produz uma série de benefícios nas propriedades do produto final, tais como: redução na absorção de água, porosidade aparente e retração linear de queima; além do aumento na massa específica aparente e na resistência mecânica das peças. Os melhores resultados foram obtidos nos pontos composicionais em que a soma dos teores de filito e resíduo de caulim foi máxima (40 % em peso), assim como, nas condições de queima em que foram utilizadas temperaturas de 950 °C. Em relação à perspectiva de economia na energia térmica necessária para formação da microestrutura desejável, o filito e o resíduo de caulim por apresentarem pequenos tamanhos de partículas e constituições mineralógicas com presença de fases fundentes, contribuíram para a otimização do ciclo de queima.
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/12796
Aparece nas coleções:PPGCEM - Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais

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