Desenvolvimento e caracterização de materiais cerâmicos com adição de cinzas pesadas de carvão mineral

Abstract

As cinzas pesadas de carvão mineral são subprodutos originados da combustão do carvão mineral em usinas termelétricas. As características físicas, químicas e mineralógicas das cinzas pesadas são compatíveis com várias matérias-primas utilizadas nas indústrias cerâmicas de revestimento, o que indica uma possibilidade de substituição parcial ou integral destas matérias-primas por este subproduto. A metodologia de superfícies de resposta aplicada à técnica de planejamento de experimentos tem sido muito utilizada em várias áreas da ciência e tecnologia. A consideração importante é que uma determinada propriedade depende das proporções dos componentes que constituem um material. Os materiais cerâmicos têm suas propriedades definidas pela composição química e microestrutura que apresentam. A quantificação das fases amorfas e cristalinas é uma etapa fundamental na determinação da estrutura, propriedades e aplicações de um material cerâmico. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de materiais cerâmicos com adição de cinzas pesadas de carvão mineral, visando à utilização industrial deste subproduto como matéria-prima de baixo custo e alto valor agregado, adaptável aos processos de fabricação de revestimentos cerâmicos. Busca-se a aplicação da metodologia de delineamento de misturas para a formulação das massas cerâmicas; e a determinação quantitativa das fases amorfas e cristalinas dos materais desenvolvidos utilizando a técnica de difração de raios X, através dos métodos propostos por Rietveld (1969) e Ruland (1961). Para a formulação das massas cerâmicas utilizou-se o planejamento experimental {3,3}, originando dez formulações dos três componentes (dois diferentes tipos de argilas e cinza pesada de carvão mineral). Foram realizados ensaios tecnológicos nos corpos-de-prova a seco e após a sinterização. A análise estatística mostrou que todos os modelos de regressão obtidos relativos às propriedades físicas dos materiais cerâmicos são significantes, não apresentam falta de ajuste e que os erros são aleatórios, com média tendendo a zero e variância praticamente constante. A metodologia proposta de utilização do método de Rietveld para a quantificação relativa das fases cristalinas em conjunto com o método de Ruland utilizado para determinação da cristalinidade dos materiais, mostrou-se bastante adequada e eficiente. Os materiais cerâmicos sinterizados, desenvolvidos com adição de cinzas pesadas de carvão mineral, apresentaram valores mais adequados de retração linear, densidade aparente, absorção de água e módulo de resistência à flexão, comparados com um material cerâmico industrial padrão desenvolvido com a utilização de matérias-primas convencionais.