1 introdução
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Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1081 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil ADIÇÃO DE METAIS TÓXICOS A MASSAS CERÂMICAS E AVALIAÇÃO DE SUA ESTABILIDADE FRENTE A AGENTE LIXIVIANTE PARTE I – AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS A.C. Camargo1 ; H.N. Yoshimura1; J.C.S. Portela1; D. Corvello1; A.P.Abreu1; E.P.Goulart1; G.I.Horita1; D.S. Morais1 Av Prof. Almeida Prado, 532 São Paulo , SP 05508-901, [email protected] 1 Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. – IPT RESUMO Neste trabalho foram investigados os efeitos da adição dos metais cádmio, chumbo, cromo, cobre, níquel, zinco, manganês e cobalto em uma massa de argila, típica para produção de cerâmicas estruturais, nas características físicas. As massas foram preparadas com adição individual destes metais em proporções de 0,3%, 1%, 3% e 10% na forma do respectivo óxido e foram queimadas (sinterizadas) em temperaturas de 650C (todas), 850C (todas), 950C (massas contendo cádmio e cobre), 1000C (massas contendo chumbo e manganês) e 1050C (massas contendo cromo, níquel, zinco e cobalto). As características físicas avaliadas foram a tensão de ruptura à flexão (TRF), a massa específica aparente (MEA), a variação linear dimensional (VLD), a absorção de água (AA), e a porosidade aparente (PA). Palavras-chave: cerâmica, óxido, propriedades físicas, metais tóxicos. 1 INTRODUÇÃO Os materiais cerâmicos, principalmente aqueles de cerâmica estrutural, têm sido considerados para o encapsulamento de rejeitos com teores elevados de metais potencialmente tóxicos como o chumbo, cádmio, níquel, cromo e outros. Essa utilização tem embasamento na suposição que os compostos vítreos, ricos em metais tóxicos, que se formam durante a queima, seriam estáveis frente à lixiviação que ocorre durante a vida útil e também na condição de entulho dos materiais cerâmicos. Cumpre ressaltar que os materiais estruturais como tijolos maciços, tijolos furados e telhas, por exemplo, são submetidos a intempéries Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1082 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil rigorosas que podem acontecer desde o pátio de estocagem das matériasprimas nas fábricas dos mesmos, passando pela aplicação em construções e, principalmente, no local de descarte. Dessa forma os referidos materiais estão submetidos a ciclos e diferentes condições de ataque com conseqüências imprevisíveis para o homem e o meio ambiente. Os rejeitos normalmente são materiais complexos contendo diversos compostos, muitas vezes heterogêneos, que dificultam a análise isolada dos efeitos de um determinado metal tóxico na estabilidade química e nas propriedades físicas de um produto de cerâmica estrutural. Neste estudo foi verificada a influência isolada dos metais cádmio (Cd), chumbo (Pb), cromo (Cr), cobre (Cu), níquel (Ni), zinco (Zn), manganês (Mn) e cobalto (Co) adicionados a uma massa argilosa comercial em teores variando de 0,3% a 10%, na forma dos respectivos óxidos, nas propriedades físicas de amostras queimadas na faixa de temperatura de 650ºC a 1050ºC. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Para o desenvolvimento do trabalho foram obtidos 200 kg de uma massa cerâmica a base de argila produzida pela UNICER - União Cerâmica Ltda., que atende as necessidades dos fabricantes de cerâmica na região de Santa Gertrudes, um dos mais importantes pólos cerâmicos do país. A escolha da massa de argila da UNICER teve também como propósito a utilização de um material com constância nas propriedades e alta qualidade para produção. Segue abaixo os metais na forma de óxidos, definidos para o estudo em decorrência de serem os mais encontrados em resíduos e que vêm trazendo sérios problemas para o meio ambiente, com os respectivos dados dos fornecedores: - óxido de cádmio (CdO), fornecido pela Suzaquim Indústrias Químicas Ltda., em forma de pó na coloração marrom, com teor de 72,0% mínimo de cádmio e granulometria de 300 mesh; Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1083 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil - óxido de chumbo (PbO), fornecido pela Suzaquim Indústrias Químicas Ltda., em forma de pó na coloração amarela, com teor de 75,0% mínimo de chumbo e granulometria de 300 mesh; - óxido de cromo (Cr2O3), fornecido pela PROVERMEX Produtos e Equipamentos para Laboratório Ltda., em forma de pó na coloração verde, com teor de 98,0% mínimo de Cr2O3; - óxido de cobre (CuO) fornecido pela Suzaquim Indústrias Químicas Ltda., em forma de pó na coloração preta, com teor de 76,0% mínimo de cobre e granulometria de 200 mesh; - óxido de níquel (NiO) fornecido pela Suzaquim Indústrias Químicas Ltda., em forma de pó na coloração cinza escuro, com teor de 74,0% mínimo de níquel e granulometria de 325 mesh; - óxido de zinco (ZnO) fornecido pela Brazinco, em forma de pó na coloração branca, com teor de 99,9% de ZnO; - óxido de manganês (MnO) fornecido pela Fermavi, em forma de pó com coloração marrom, com teor de 60,0% de manganês; - óxido de cobalto (CoO) fornecido pela Suzaquim Indústrias Químicas Ltda., em forma de pó na coloração preta, com teor de 71,0% mínimo de cobalto e granulometria de 325 mesh. 2.2 Métodos 2.2.1 Preparação inicial dos materiais Inicialmente tanto a massa de argila quanto os óxidos foram secos a 110ºC por um tempo mínimo de 24 horas para minimizar as perdas na etapa de mistura. Para garantir uma maior reatividade dos metais com a massa de argila, os óxidos metálicos foram beneficiados, quando necessário, de forma a terem todos os grãos constituintes com diâmetro equivalente menor que 0,075 mm (200 mesh). 2.2.2 Homogeneização / Granulação Após a preparação inicial, foram elaboradas as diversas misturas sendo essas colocadas em potes plásticos cilíndricos de 5 litros contendo esferas de alumina (óxido de alumínio) inertes para esta condição de uso, na proporção de 1:1, para homogeneização por um período de 24 horas em equipamento do tipo gira-potes. Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1084 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil A seguir as misturas foram descarregadas dos potes e acondicionadas em sacos plásticos fechados. Para conformação dos corpos-de-prova foi necessário umedecer as misturas, o que foi feito com aproximadamente 10% de água deionizada utilizando granulador apropriado. Foram produzidas para cada óxido, as seguintes misturas: massa de argila com adição de 0,3% de óxido; massa de argila com adição de 1,0% de óxido; massa de argila com adição de 3,0% de óxido; massa de argila com adição de 10,0% de óxido. 2.2.3 Conformação Obtidas as misturas granuladas, estas foram submetidas ao processo de prensagem uniaxial em prensas manuais, sob pressão de 200 kgf/cm 2 (19,6 MPa), utilizando moldes de aço. Foram produzidos aproximadamente 1100 corpos-de-prova, sendo 870 na forma de prisma reto com dimensões de 6,0 cm x 2,0 cm x 0,5 cm e 230 no formato cilíndrico com diâmetro de 5,0 cm e altura variando entre 3,0 cm e 5,0 cm. Além dos corpos-de-prova produzidos com a massa de argila com adição dos óxidos, foram produzidos também corpos-deprova apenas com a massa de argila pura (como recebida) para definição de parâmetros de processamento e comparação de propriedades. 2.2.4 Queimas (sinterização) Os corpos-de-prova produzidos foram submetidos a queima em forno elétrico com patamar de 3 horas, em três diferentes temperaturas. Todas as misturas com óxidos foram queimadas a 650ºC e 850ºC. A maior temperatura de queima foi definida para cada tipo de óxido adicionado, após a seguinte análise: - Inicialmente os corpos-de-prova produzidos apenas com a massa de argila foram queimados a 650ºC, 850ºC, 1000ºC e 1050ºC e caracterizados; - Em seguida foi realizado um teste preliminar, onde os corpos-de-prova produzidos com 10% de óxido foram queimados na temperatura de 1000ºC e avaliados visualmente quanto à distorção dos corpos e, manualmente, quanto à resistência mecânica; os corpos-de-prova com óxidos de cádmio e de cobre apresentaram fusão parcial, os corpos com óxidos de chumbo e de manganês apresentaram Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1085 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil boas características e os corpos com os demais óxidos apresentaram baixa resistência mecânica. Assim, foram definidas as temperaturas máximas de queima de 950ºC para os corpos-de-prova com óxidos de cádmio e de cobre, 1000ºC para os corpos com óxidos de chumbo e de manganês e 1050ºC para os corpos com óxidos de cromo, de níquel, de zinco e de cobalto. 2.2.5 Caracterização Física Para a caracterização dos corpos-de-prova, foram realizadas as seguintes análises: Tensão de ruptura à flexão (TRF): com base na Norma ABNT NBR 6113 jan./1990, “Material refratário denso conformado - Determinação da resistência à flexão à temperatura ambiente”; Massa específica aparente (MEA), absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA): com base na Norma ABNT NBR 6220 mai./1997, “Materiais refratários densos conformados - Determinação da densidade de massa aparente, porosidade aparente, absorção e densidade aparente da parte sólida”; Variação linear dimensional (VLD): com base na Norma ABNT NBR 6225 jan./2001, “Materiais refratários conformados - Determinação da variação linear dimensional”; 3 RESULTADOS e DISCUSSÃO Os resultados da caracterização física dos corpos cerâmicos queimados entre 650C e 1050C são apresentados nas Tabelas I a IX abaixo. O sinal positivo (+) da variação linear dimensional (VLD) significa que ocorreu uma expansão do material e o sinal negativo (-) uma contração do mesmo, após o tratamento térmico. Os resultados apresentam cálculo de incerteza para intervalos com 95% de confiança para média de dez determinações. Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica 1086 Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela I - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila queimada entre 650 e 1050ºC. Temperatura (ºC) AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) 650 20,8 0,1 35,9 0,2 1,73 0,01 850 19,6 0,2 34,1 0,3 1,74 0,01 1000 7,6 0,1 16,3 0,2 2,14 0,02 1050 0,5 0,1 1,1 0,1 2,28 0,02 TRF kgf/cm2 (MPa) 17 1 (1,7 0,1) 48 3 (4,7 0,3) 261 15 (25,6 1,5) 362 20 (35,5 1,9) VLD (%) 2,2 0,0 1,3 0,0 -6,0 0,0 -7,8 0,0 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1087 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela II - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de cádmio (CdO) queimada entre 650 e 950ºC. Teor Temperatura de (ºC) CdO (%) 650 AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) 0,3 20,0 1,5 34,6 1,6 1,74 ,0,05 1 21,0 1,1 36,1 1,3 1,73 0,03 3 22,7 1,2 38,0 1,1 1,68 0,05 10 23,0 0,3 40,4 0,8 1,76 0,03 0,3 15,3 0,6 28,1 0,8 1,83 ,0,02 1 15,8 0,3 28,7 0,5 1,82 0,01 3 16,1 0,4 29,2 0,5 1,82 0,02 10 17,5 0,3 31,9 0,4 1,82 0,01 0,3 14,8 0,3 27,7 0,5 1,87 0,01 1 13,8 0,4 26,4 0,5 1,92 0,02 3 9,8 0,7 10 12,3 0,8 25,2 1,3 2,06 0,03 850 950 20,3 1,2 2,07 0,03 TRF kgf/cm2 (MPa) 24 1 (2,4 0,1) 27 3 (2,7 0,3) 28 2 (2,8 0,2) 72 8 (7,1 0,8) 116 18 (11,4 1,7) 122 9 (11,9 0,9) 124 3 (12,2 0,3) 88 9 (8,6 0,9) 99 9 (9,8 0,9) 152 17 (14,9 1,6) 173 33 (17,0 3,3) 157 28 (15,4 2,7) VLD (%) 0,2 0,0 0,3 0,3 0,4 0,0 -0,2 0,0 -1,1 0,3 -1,2 0,5 -1,6 0,0 -0,9 0,3 -3,7 0,3 -4,8 0,5 -7,4 0,5 -5,6 0,5 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1088 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela III - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de chumbo (PbO) queimada entre 650 e 1000ºC. Temperatura (ºC) Teor de PbO (%) AA (%) 0,3 21,7 1,1 37,2 1,2 1,72 0,04 1 22,0 0,8 37,8 0,7 1,72 0,03 3 23,9 1,3 39,8 1,4 1,67 0,04 10 21,1 2,0 37,1 3,0 1,77 0,09 0,3 15,9 0,4 29,3 0,5 1,84 0,02 1 16,9 0,5 30,8 0,6 1,83 0,02 3 17,0 0,3 31,4 0,5 1,85 0,01 10 19,1 0,2 35,1 0,3 1,84 0,01 0,3 2,3 0,3 5,5 0,6 2,36 0,02 1 2,0 0,5 4,8 1,1 2,41 0,02 3 1,3 0,1 3,2 0,3 2,47 0,02 10 0,3 0,0 0,8 0,0 2,58 0,01 PA (%) MEA (g/cm3) 650 850 1000 TRF kgf/cm2 (MPa) VLD (%) 26 3 0,3 0,6 (2,5 0,3) 30 3 0,5 0,6 (3,0 0,3) 31 5 0,8 0,9 (3,1 0,4) 32 4 0,4 0,5 (3,1 0,4) 103 11 -1,3 0,8 (10,1 1,0) 124 15 -1,3 0,8 (12,1 1,5) 106 13 -1,2 0,5 (10,4 1,3) 67 10 -0,1 2,2 (6,5 1,0) 369 50 -10,1 0,3 (36,2 4,9) 465 34 -10,7 1,3 (45,6 3,3) 456 42 -11,1 0,8 (44,7 4,1) 451 22 -9,7 0,8 (44,2 2,1) Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1089 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela IV - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de cromo (Cr 2O3) queimada entre 650 e 1050ºC. Teor de Temperatura Cr2O (ºC) 3 AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) TRF kgf/cm2 (MPa) VLD (%) (%) 0,3 20,6 0,8 35,3 0,7 1,72 0,04 1 20,8 1,0 36,0 1,1 1,73 0,03 3 20,9 0,9 36,6 1,0 1,76 0,03 10 21,4 1,5 38,0 1,6 1,78 0,05 0,3 16,9 0,4 30,7 0,5 1,82 0,02 1 17,2 0,2 31,3 0,3 1,82 0,02 3 17,4 0,2 31,9 0,3 1,83 0,01 10 17,5 0,4 32,9 0,5 1,88 0,02 0,3 0,3 0,1 0,7 0,1 2,37 0,01 1 0,3 0,1 0,7 0,2 2,41 0,01 3 0,3 0,1 0,7 0,2 2,47 0,01 10 0,3 0,1 0,7 0,1 2,61 0,01 650 850 1050 22 2 (2,2 0,2) 22 1 (2,2 0,1) 22 1 (2,2 0,1) 22 1 (2,2 0,1) 95 13 (9,3 1,3) 98 15 (9,6 1,5) 100 9 (9,8 0,9) 87 14 (8,5 1,3) 357 22 (35,0 2,2) 479 48 (47,0 4,7) 505 38 (49,6 3,7) 529 34 (51,8 3,4) 0,2 0,5 0,2 0,0 0,2 0,0 0,4 0,9 -0,5 0,3 -0,3 0,8 -0,2 1,3 -0,5 0,3 -11,1 0,3 -11,4 1,8 -11,7 0,8 -12,5 0,8 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1090 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela V - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de cobre (CuO) queimada entre 650 e 950ºC. Teor Temperatura de (ºC) CuO (%) AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) 0,3 18,6 0,5 33,4 0,7 1,80 0,02 1 18,7 0,1 34,1 0,3 1,83 0,01 3 18,7 0,2 34,2 0,3 1,83 0,01 10 17,7 0,9 33,3 1,1 1,89 0,03 0,3 16,8 0,2 30,8 0,3 1,83 0,01 1 22,9 0,9 37,8 0,9 1,65 0,03 3 21,9 1,0 36,9 1,0 1,69 0,03 10 20,1 0,7 35,8 0,9 1,78 0,02 0,3 10,4 0,5 21,2 0,8 2,04 0,02 1 12,6 0,4 24,7 0,6 1,96 0,02 3 6,8 0,5 15,1 0,9 2,23 0,02 10 0,0 0,0 0,0 0,0 650 850 950 2,36 0,02 TRF kgf/cm2 (MPa) 19 2 (1,9 0,2) 22 2 (2,1 0,2) 23 3 (2,3 0,3) 23 3 (2,3 0,3) 105 14 (10,3 1,4) 38 4 (3,7 0,4) 46 5 (4,5 0,5) 39 3 (3,9 0,3) 171 15 (16,8 1,5) 134 10 (13,1 1,0) 266 31 (26,1 3,1) 346 18 (34,0 1,8) VLD (%) 0,4 0,9 0,3 0,6 0,2 0,9 0,2 0,5 -0,5 0,3 -0,5 0,3 -0,9 0,6 -0,9 0,8 -4,1 0,3 -4,1 0,3 -8,1 0,3 -8,1 1,9 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1091 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela VI - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de níquel (NiO) queimada entre 650 e 1050ºC. Temperatura (ºC) Teor de NiO (%) AA (%) 0,3 19,0 0,9 33,8 1,0 1,78 0,03 1 21,9 0,8 37,1 0,9 1,70 0,03 3 21,5 0,2 36,8 0,3 1,72 0,01 10 20,7 0,7 36,6 0,7 1,77 0,03 0,3 17,1 1,0 30,9 1,2 1,81 0,03 1 17,6 0,6 31,5 0,7 1,79 0,02 3 17,8 0,2 32,2 0,3 1,81 0,01 10 17,0 0,2 32,2 0,3 1,89 0,01 0,3 0,6 0,0 1,3 0,1 2,33 0,02 1 0,0 0,0 0,0 0,0 2,43 0,03 3 0,0 0,0 0,0 0,0 2,51 0,02 10 1,5 0,3 3,9 0,8 2,57 0,02 PA (%) MEA (g/cm3) 650 850 1050 TRF kgf/cm2 (MPa) 28 2 (2,7 0,2) 19 1 (1,8 0,1) 16 1 (1,6 0,1) 20 2 (2,0 0,2) 122 18 (12,0 1,8) 98 13 (9,6 1,3) 95 8 (9,3 0,8) 47 9 (4,6 0,9) 428 15 (42,0 1,5) 455 57 (44,7 5,6) 523 53 (51,3 5,2) 373 47 (36,6 4,6) VLD (%) 0,1 0,3 0,4 0,9 0,3 0,6 0,4 0,5 -0,9 0,3 -0,6 0,5 -0,5 0,6 -0,2 1,3 -9,7 0,3 -11,3 0,6 -12,7 0,3 -12,3 1,1 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1092 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela VII - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de zinco (ZnO) queimada entre 650 e 1050ºC. Temperatura (ºC) Teor de ZnO (%) AA (%) 0,3 20,4 1,3 35,2 1,5 1,73 0,04 1 20,3 1,4 35,0 1,6 1,73 0,04 3 19,8 0,9 34,7 0,9 1,75 0,04 10 19,6 1,0 35,1 1,2 1,80 0,03 0,3 14,6 0,5 27,5 0,7 1,89 0,02 1 15,2 0,2 28,6 0,3 1,88 0,01 3 16,7 0,4 31,1 0,6 1,87 0,01 10 16,7 0,3 31,9 0,5 1,91 0,01 0,3 0,5 0,1 1,2 0,2 2,29 0,01 1 0,3 0,1 0,7 0,1 2,40 0,02 3 0,2 0,1 0,6 0,3 2,47 0,01 10 0,4 0,1 0,9 0,2 2,58 0,01 PA (%) MEA (g/cm3) 650 850 1050 TRF kgf/cm2 (MPa) 29 2 (2,8 0,2) 22 2 (2,2 0,2) 20 1 (2,0 0,1) 22 3 (2,2 0,3) 141 13 (13,8 1,2) 88 7 (8,6 0,7) 92 27 (9,1 2,7) 86 12 (8,5 1,1) 418 39 (41,0 3,8) 505 22 (49,5 2,2) 520 42 (51,0 4,1) 431 50 (42,3 4,9) VLD (%) 0,0 0,0 0,5 1,0 0,8 1,8 0,5 0,6 -1,3 0,8 -1,3 0,8 -1,2 0,5 -0,1 2,2 -9,9 0,3 -11,2 0,5 -11,5 0,8 -11,8 1,0 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1093 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela VIII - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de manganês (MnO) queimada entre 650 e 1000ºC. Teor Temperatura de (ºC) MnO (%) AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) 0,3 21,2 1,0 37,1 1,2 1,75 0,03 1 21,8 0,6 38,1 0,8 1,75 0,01 3 21,9 1,5 38,4 1,7 1,75 0,04 10 21,5 0,4 38,5 0,5 1,80 0,02 0,3 16,0 0,6 29,4 0,6 1,84 0,03 1 16,0 0,4 29,7 0,5 1,85 0,02 3 16,1 0,4 30,1 0,6 1,86 0,01 10 17,3 0,3 32,3 0,5 1,87 0,01 0,3 1,5 0,2 3,5 0,6 2,39 0,02 1 1,4 0,1 3,4 0,2 2,41 0,01 3 0,2 0,1 0,6 0,2 2,49 0,03 10 0,0 0,0 0,0 0,0 2,53 0,01 650 850 1000 TRF kgf/cm2 (MPa) 29 4 (2,8 0,4) 20 1 (2,0 0,1) 21 2 (2,1 0,2) 21 2 (2,1 0,2) 159 19 (15,6 1,9) 114 15 (11,2 1,5) 129 16 (12,6 1,6) 128 18 (12,6 1,7) 316 53 (31,0 5,2) 450 33 (44,2 3,2) 546 38 (53,6 3,8) 590 38 (57,9 3,7) VLD (%) 0,1 0,3 0,2 0,0 0,2 0,0 0,2 0,0 -1,5 0,3 -1,3 0,8 -1,3 0,3 -1,3 0,3 -11,6 1,0 -10,7 0,8 -10,9 0,6 -11,5 0,8 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1094 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Tabela IX - Resultados de absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura à flexão (TRF), variação linear dimensional (VLD) da massa de argila + adição de óxido de cobalto (CoO) queimada entre 650 e 1050ºC. Teor Temperatura de (ºC) CoO (%) AA (%) PA (%) MEA (g/cm3) 0,3 22,6 1,2 37,7 1,4 1,67 0,04 1 21,7 0,7 36,9 0,7 1,70 0,02 3 20,9 0,6 35,9 0,4 1,72 0,04 10 23,5 1,4 39,8 1,3 1,70 0,04 0,3 18,5 0,7 33,0 0,8 1,78 0,02 1 17,4 0,5 31,7 0,7 1,83 0,02 3 17,9 0,6 34,8 5,5 1,94 0,25 10 18,4 0,5 34,2 0,6 1,86 0,02 0,3 0,4 0,0 0,9 0,1 2,34 0,02 1 0,4 0,0 1,0 0,0 2,38 0,02 3 0,1 0,1 0,2 0,2 2,43 0,00 10 0,0 0,0 0,0 0,0 2,60 0,01 650 850 1050 TRF kgf/cm2 (MPa) 16 1 (1,6 0,1) 21 1 (2,0 0,1) 26 3 (2,6 0,3) 23 2 (2,3 0,2) 83 11 (8,1 1,1) 106 15 (10,4 1,4) 103 8 (10,1 0,8) 79 9 (7,8 0,9) 255 35 (25,0 3,4) 447 31 (43,9 3,1) 468 35 (45,9 3,4) 584 50 (57,3 4,9) VLD (%) 0,3 0,3 0,2 0,0 0,2 0,0 0,2 0,0 -0,7 0,3 -0,6 0,5 -0,5 0,3 -0,8 0,0 -11,8 1,0 -11,5 0,6 -11,1 2,3 -13,1 0,8 Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1095 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil Os corpos cerâmicos preparados a partir da massa de argila sem adição de óxido, apresentaram alterações significativas nas temperaturas de queima acima de 850C, com aumento da MEA e TRF e diminuição da AA e PA. A massa apresentou expansão até 850C e contração acima desta temperatura (Tabela I ). A 1050C os valores alcançados de AA, PA, MEA, TRF e VLD foram 0,5%, 1,1%, 2,28 g/cm3, 35,5 MPa (362 kgf/cm2) e -7,8%, respectivamente. Para a massa de argila utilizada neste trabalho, 650C e 850C são temperaturas baixas de queima, 1000C é uma temperatura próxima da qual se pode obter produtos de cerâmica vermelha com absorção de água entre ~5% e 10% e com resistência à flexão mínima ao redor de 20 MPa, e 1050C é uma temperatura de queima, que pode resultar em produto com baixa porosidade aparente, baixa absorção de água e alta resistência à flexão. Em geral, as tendências dos resultados das características físicas de AA, PA, MEA, TRF e VLD das massas com óxidos foram próximos ao da massa sem óxido, para temperaturas de queima até 850ºC, tendo variação significativa acima deste valor (Tabelas II a IX). As adições dos óxidos não causaram, em geral, diminuição destas propriedades físicas. Ao contrário, em geral, observou-se efeito benéfico da adição dos óxidos, dependendo da temperatura. A análise dos resultados na maior temperatura de queima de cada massa mostrou o efeito fundente dos óxidos e/ou o efeito de incremento na resistência mecânica. Exceção foi a massa com óxido de cádmio queimada a 950C que não apresentou estes efeitos benéficos (Tabela II). O ensaio preliminar, no entanto, mostrou que acima desta temperatura o óxido de cádmio pode beneficiar a queima da massa argilosa. O aumento da massa específica aparente (MEA) com o aumento do teor de óxido decorre, ao menos em parte, da maior densidade dos óxidos adicionados em relação à densidade da argila. O efeito da variação do teor de óxido de 0,3% a 10% nas propriedades físicas varia conforme as condições experimentais: há casos em que a variação não é significativa, há casos em que não se observa correlação direta entre o teor de óxido e as propriedades, há casos em que o aumento do teor de óxido resulta em melhoria de propriedade e há casos, como na resistência mecânica das massas com óxidos de níquel e Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1096 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil zinco a 1050C, que um máximo é observado com 3% de óxido (Tabelas VI e VII). Estes resultados indicam que a presença de algum dos metais chumbo, cromo, cobre, níquel, zinco, manganês, cobalto e, provavelmente, cádmio em um resíduo a ser incorporado em uma massa de cerâmica vermelha não deve por si só acarretar em deterioração das características físicas do produto quando adicionado até o teor de ~10% na forma do respectivo óxido. 4 CONCLUSÕES . Os resultados das características físicas indicam que a presença de algum dos metais chumbo, cromo, cobre, níquel, zinco, manganês, cobalto e, provavelmente, cádmio em um resíduo a ser incorporado em uma massa de cerâmica vermelha não deve por si só acarretar em deterioração das propriedades físicas do produto quando adicionado até o teor de ~10% na forma do respectivo óxido. Em geral observou-se o efeito fundente dos óxidos e/ou o efeito de incremento na resistência mecânica. Ressalta-se que os limites de teor de óxido e temperatura de queima estabelecidos acima devem ser entendidos como valores relativos e restringemse, em princípio, às condições deste trabalho. Os resultados servem como uma base de informações para se antever aproximadamente as condições de incorporação, mas os limites devem ser estabelecidos para cada resíduo e nas condições de processamento do produto cerâmico. TOXIC METALS ADDITION IN CERAMIC POWDER AND EVALUATION OF ITS STABILITY AGAINST LEACHING AGENT. PART I PHYSICAL PROPERTIES EVALUATION This paper present the addition effects of cadmium, lead, cromium, cooper, nickel, zinc, manganese and cobalt in ceramic powder used to produce structural bodies. To this study, 0,3%, 1%, 3% and 10% of each metal oxide was additioned separeted in the powder. The bodies obtained by pressing, was sintered at 650 ºC and 850 ºC (all powders), 950ºC (powders with cadmium or cooper), 1000ºC (powders with lead or manganese) and 1050ºC (powders with cromium, nickel, zinc and cobalt ). The follow properties was determined: modulus of rupture at Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society 1097 15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil room temperature; bulk density, dimensional linear change, water absortion and apparent porosity. Key-words: ceramic, oxide, physical properties, toxic metals
