CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO RESÍDUO GRANÍTICO

20º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
04 a 08 de Novembro de 2012, Joinville, SC, Brasil
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO RESÍDUO GRANÍTICO IBERÊ
CREMA BOUDEAX, IBERÊ GOLDEN E TWILIGHT PROVENIENTE DO CORTE
UTILIZANDO MULTIFIOS.
S. P. Taguchi (1); P. B. Souza (1); M. C. Borlini (2); A. A. Pazeto (2); M. S.
Rodrigues (1)
Universidade Federal do Espírito Santo, PO-16, Guararema, Alegre, ES, CEP:
25500-000; E-mail: [email protected]
(1) UFES; (2) CETEM
RESUMO
O Brasil está entre os principais produtores de rochas ornamentais. O
beneficiamento de granitos e mármores gera uma enorme quantidade de resíduos
finos, que possui potencial para a utilização como matéria prima de produtos
cerâmicos. Para um tratamento adequado, armazenamento e aplicação destes
resíduos são necessários fazer um estudo sobre suas características físicas e
químicas. Neste trabalho foi realizada a caracterização quanto a massa específica,
fases
cristalinas(DRX),
granulometria,
microestruturas(MEV)
e
análises
químicas(FRX). O resíduo estudado é oriundo do tear de fio diamantado de uma
empresa em Cachoeiro do Itapemirim-ES. O pó apresenta massa específica de 2,65
g/cm3, com partículas angulares de tamanho de 1-200 µm. As fases cristalinas
identificadas são SiO2 e Na(AlSi3O8) em maior quantidade e os demais constituintes
são K(AlSi3O8) e K2(Fe2.786Mg2.321Ti0.550)(Al2.413Si5.587O20)(OH)4. A similaridade da
composição química deste resíduo com alguns tipos de argilas indica a aplicação
deste em produtos cerâmicos, minimizando sua disposição no meio ambiente.
Palavras-chave: rocha ornamental, resíduos e caracterização.
INTRODUÇÃO
O setor de mineração e beneficiamento de rochas ornamentais possui
significativos destaques no cenário internacional, sendo o Brasil um dos maiores
produtores e exportadores. Estima-se que existam 1800 pedreiras ativas no país,
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com capacidade de produção de 60 milhões de m2/ano, e, a produção e
comercialização são desenvolvidas por quase 12.000 empresas (1).
Sua forte atividade de extração detém diversas rochas tais como: granito,
mármore, ardósia, diorito e gnaisse. Os principais estados produtores são: Espírito
Santo, Paraíba, Bahia, Ceará, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, São Paulo e Rio
de Janeiro (2, 3). O Espírito Santo, particularmente o município de Cachoeiro do
Itapemirim detém destaque especial, que além de suprir o mercado nacional, grande
parte da produção de rochas é exportada principalmente para os Estado Unidos e
Europa (2).
Os problemas enfrentados pela indústria de exploração ocorrem na etapa de
extração até o acabamento. Essas etapas gera uma quantidade de resíduos
significativos que são descartados em sua grande maioria de forma inadequada, ou
seja, os índices de reciclagem de resíduos em geral são ainda pequenos. Esses
resíduos degradam o meio ambiente justamente devido à falta de tratamento, baixa
fiscalização e descarte incorreto. (4,5).
Trabalhos reportados na literatura (2, 3, 5-8) têm demonstrado o potencial da
utilização de resíduos de rochas ornamentais, particularmente de mármore e granito,
no desenvolvimento de produtos cerâmicos. Esses resíduos, que variam de empresa
para empresa, são atrativos para o aproveitamento na indústria de cerâmica, por
serem constituídos de óxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de
cálcio (CaO) e óxidos alcalinos (K2O, Na2O). Esses óxidos são provenientes
principalmente do quartzo e feldspatos presentes no resíduo de mistura granítica.
Normalmente esses resíduos possuem natureza não plástica (3).
Desta forma, a adição de resíduos de rochas ornamentais é atraente para os
materiais de construção tradicionais gerando produtos até mesmo com maior
qualidade e/ou menor custo. O trabalho tem por objetivo fazer um estudo
aprofundado das características físicas e químicas de um resíduo de rocha
ornamental proveniente do corte com multifios verificando se há possibilidade do
mesmo ser aplicado em um novo produto de cerâmica, ecologicamente sustentável.
MATERIAIS E MÉTODOS
O trabalho consta na coleta do resíduo, secagem, quarteamento e
caracterizações: difração de raios X; distribuição de tamanho de partículas; massa
específica; fluorescência de raios X e microestrutura.
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A amostra de resíduos industriais de rochas ornamentais do corte com fio
diamantado foi coletada em uma serralheria localizada no município de Cachoeiro
de Itapemirim. Este resíduo é oriundo do corte de três tipos de rochas ornamentais:
Iberê Golden, Twilight e Iberê Crema Bordeaux.
Os resíduos foram secos em estufa, à temperatura de 110 ºC, até obterem
peso constate e realizou-se o quarteamento manual. Esse consiste na divisão em
quatro partes iguais de uma amostra, sendo tomadas duas partes opostas entre si
para constituir uma nova amostra e descartadas as partes restantes. As partes não
descartadas são misturadas totalmente e o processo de quarteamento é repetido até
que se obtenha o volume desejado (9).
O resíduo foi triturado, passado em peneira de 400 mesh e submetido ao
ensaio de massa específica em picnômetro de hélio, Micromeritcs modelo AccuPyc
1330. A determinação da composição química foi realizada por Fluorescência de
Raios X (Fluorescência de Raio-X MiniPal4), o qual previamente a amostra foi
fundida em meio à fundentes a base de sais de lítio a 1000 oC. Foram realizadas
duas medidas, sendo o resultado a média delas. A perda ao fogo foi realizada
também a 1000 oC.
A distribuição de tamanho de partículas foi realizada em sedígrafo Martersizer
2000, equipamento com fonte de luz vermelha (laser de neon - Hélio). O
comprimento de onda definido foi de 632,38 nm, assim a faixa de tamanho de
partícula medida analisada foi de 0,1 a 1000 microns. Previamente o pó foi disperso
em água, com agitação de 2500 rpm, sem utilizar ultra-som. Para adequação da
medida na elaboração das curvas foi utilizada a teoria de Fraunhofer, o qual não
leva em consideração o índice de refração do material.
O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), marca Leica S440, foi utilizado
para identificar a morfologia (por elétrons secundários) das partículas de resíduo.
Para a análise das fases cristalinas, a amostra foi analisada em um
difratômetro de raios X da marca PANanalytical, X’Pert Quantify, DRX, com radiação
CuKα (λ = 1,5406 Å), no intervalo angular 2θ = 4–80º, passo angular 0,02º e tempo
de contagem 2 segundos. As fases foram identificadas pelas fichas JCPDS.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As amostras são oriundas do tear de fio diamantado de uma indústria
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localizada no município de Cachoeiro de Itapemirim. A Fig. 1 (a) mostra o poço, local
onde foi retirado o resíduo com alto grau de umidade. Após secagem ao sol, Fig. 1
(c) e secagem em estufa Fig. 1 (d), a amostra apresentou na forma de pó muito fino,
de coloração em tons de cinza. Para garantir a homogeneização da amostra a ser
analisa, realizou-se o quarteamento.
Figura 1: Foto do resíduo de rocha ornamental: (a) no poço; (b) com grande
umidade; (c) depois de secado ao ambiente; (d) depois de secado em estufa.
A massa específica do resíduo de rocha ornamental é de 2,65 g/cm3. A
composição química do resíduo de rocha ornamental é dada pela Tab. 1. O resíduo
é constituído principalmente por SiO2 e Al2O3, que corresponde a cerca de 86 %. O
resíduo também possui óxidos alcalinos (Na2O, K2O), muito importantes nas
formulações cerâmicas, pois atuam como agentes fundentes ajudando a
sinterização das peças. Foi observada uma pequena quantidade de Fe2O3, quando
comparado com outros resíduos apresentados na literatura (3, 7, 10). Neste trabalho
o resíduo é oriundo de corte utilizando fio diamantado e, portanto o óxido de ferro
identificado na análise de fluorescência de raios X é possivelmente da própria rocha
ou de alguma fase cristalina que contém ferro, por exemplo, biotita.
Tabela 1. Composição química e perda ao fogo do resíduo de rocha ornamental.
Parâmetros da amostra (% m/m)
MgO
MnO2 TiO2
SiO2
K2O
1,09
0,05
71,6
4,1
0,03
Fe2O3 CaO
3,84
1,77
Na2O
Al2O3
P2O5
PF 1000oC
2,4
14,05
0,08
0,6
A distribuição de tamanho de partículas do resíduo é dada pela Fig. 2,
apresentando comportamento monomodal, com larga distribuição de partículas. O
tamanho das partículas apresentam valores de aproximadamente 1 até 200 µm.
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Volume (%)
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Tamanho de partículas (µm)
Figura 2. Distribuição de tamanho de partículas do resíduo.
O resíduo, em forma de pó, apresenta morfologia heterogênea, com partículas
grandes distribuídas entre as pequenas. Na Fig. 3 percebe-se a presença de
aglomerados, agregados e plaquetas. Essa morfologia irregular deve-se ao processo
de corte dos blocos de rochas ornamentais, gerando um pó fino, porém com formato
angular.
A maioria das aplicações de resíduos de rochas ornamentais em cerâmicas
são para produção de tijolos, blocos, ou produtos cimentícios, onde a larga
distribuição de tamanho de partícula não influencia significantemente no processo de
sinterização, pois os demais constituintes utilizados para fazer estes produtos (argila
ou cimento), também costumam apresentar larga distribuição de partículas, em
faixas semelhantes ao resíduo. Além destas aplicações, resíduos tem sido utilizado
como vidrados, e por serem submetidos a processo de fusão, a morfologia e a
distribuição granulométrica nestes valores, não são fatores limitantes do processo.
Figura 3. Morfologia das partículas do resíduo em diversas ampliações.
A Fig. 4 apresenta o difratograma de raios X da amostra de resíduo de rocha
granítica estudado. Verifica-se que do ponto de vista mineralógico é constituído
basicamente de SiO2 (Quartzo), Na(AlSi3O8) (Albita), K(AlSi3O8) (Microclina) e
K2(Fe2.786Mg2.321Ti0.550)(Al2.413Si5.587O20)(OH)4 (Biotita). A literatura reporta que o
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granito é constituído essencialmente por feldspatos, quartzo e mica como biotita
e/ou muscovita. Os feldspatos compreendem principalmente um feldspato potássico
(ortoclásio ou microclina) e um ou mais plagioclásios (11). Desta forma comprova-se
que o resíduo é oriundo de rochas graníticas.
50000
SiO
intensidade (c.p.s)
40000
2
Na(AlSi3O )
8
K(AlSi3O8)
30000
K (Fe
Mg
Ti
)(Al2.413Si5.5887O20)(OH)4
2
2.786 2.321 0.550
20000
10000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2θ(graus)
Figura 4. Difratograma de raios X do resíduo de rochas ornamentais.
Os resultados obtidos nesse trabalho apresentaram semelhantes aos reportado
na literatura (3, 7, 10), com exceção da inferior quantidade de Fe2O3.
CONCLUSÔES
A composição do resíduo apresenta alguns constituintes semelhantes a
algumas composições da argila, e também óxidos de metais alcalinos e alcalinos
terrosos, que são considerados fundentes. Além da semelhança de composição,
apresenta uma similaridade na morfologia e distribuição de tamanho de partículas,
apresentando um potencial para aplicação do resíduo em cerâmicas.
A aplicação de resíduo na produção de cerâmica contribui para a mitigação do
impacto ambiental. Atualmente inúmeros depósitos estão inutilizados, com grande
quantidade de pó aos derredores das serrarias, ou seja, a configuração de despejo
de resíduos de rochas ornamentais é insustentável.
Além da questão ambiental, o aproveitamento do resíduo contribui a
processamentos cerâmicos mais econômicos que incentivará os produtores de
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rochas ornamentais a destinarem seus resíduos de forma mais adequada, dando a
este um maior valor agregado.
REFERÊNCIAS
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ornamental. Cerâmica, v.55, p.371-378, 2009.
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Cerâmica, v.49, p. 262-267, 2003.
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5. MENEZES, R. R.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H. C. O estado da arte sobre o uso
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8. BORLINI, M. C.; PAZETO, A. A.; OLIVEIRA, J. R.; VIEIRA, C. M. F.; MONTEIRO,
S. N. Revestimento cerâmico obtido com argila e resíduo de rocha ornamental sem
granalha. In: 54º CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, Foz do Iguaçu, 2010.
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Foz
do
Iguaçu:
p.
331
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Disponível
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http://www.metallum.com.br/54cbc/resumos_submetidos2.asp?Id=442 acesso em:
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10. MOREIRA, J.M.S.; MANHÃES, J.P.V.T.; HOLANDA, J.N.F. Processing of red
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11. RAGNINI, E. Pétrographie dês roches plutoniques dans cadre geologique.
Massun e Cie, 1970.
PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERIZATION OF THE WASTE GRANITE
IBERÊ BOUDEAX CREMA, IBERÊ GOLDEN AND TWILIGHT USING MULTIWIRE
FROM THE CUT PROCESS.
ABSTRACT
The Brazil is among the leading producers of dimension stones in the world. The
processing of granite and marble generates a huge amount of fine-grained waste,
which has a huge potential for use as raw material for ceramic products. For proper
treatment, storage and application of these wastes a study on their physical and
chemical characteristics is required. In this work the specific mass, crystalline
phases, grain size, microstructure and chemical analysis were performed. The
studied waste comes from the diamond wire loom of company from Cachoeiro de
Itapemirim-ES. The powder density is 2.65 g/cm3, with average angular particles of 1200 µm. The identified crystalline phases are SiO2 and Na(AlSi3O8) in larger
quantities
and
the
other
components
K2(Fe2.786Mg2.321Ti0.550)(Al2.413Si5.587O20)(OH)4.
The
are
similarity
K(AlSi3O8)
of
the
and
residue
characteristics with certain kinds of clay indicates its application in ceramic products,
minimizing its disposal into the environment.
Key-words: dimension stone, waste and characterization.
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