Aula de ceramica e cal, Notas de aula de Engenharia de Minas

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INDUSTRIAS DE CAL

INDUSTRIAS DE CAL

Introdução

Introdução

MIN238 / 2010 – I

MIN238 / 2010 – I

Prof. Peralta

Prof. Peralta

Cal é o nome genérico de um aglomerante simples, resultante da

calcinação de rochas calcárias, que se apresentam sob diversas

variedades, com características resultantes da natureza da matéria-prima

empregada e do processamento.

INDUSTRIAS DE CAL INDUSTRIAS DE CAL

Introdução Introdução

A cal proveniente de um calcário puro (alto teor de CaCO

3

) tem um alto

valor industrial que aquela com maiores impurezas (óxidos de ferro, sílice e

alumina), o carbonato de magnésio que também esta presente no calcário

(e na cal como MgO) não é considerado uma impureza, dependendo da

aplicação do produto.

A cal foi um aglomerante clássico dos materiais de construção na

antiguidade. Sua matéria-prima foi o calcário, com porcentagem

desprezível de argila.

A cal é fabricada a partir da queima (calcinação) do calcário (carbonato de

cálcio) ou dolomito (carbonato de cálcio e magnésio).

 “lembrar os slides da aula de matéria-prima para cimento”

• a) tratamento de água na correção do pH, na coagulação do alume e dos sais

metálicos, na remoção da sílica;

Ca(OH)

2

• Ca

• 2HCO

 2CaCO

3

• 2H

2

O

• b) estabilização de solos
• c) obtenção de argamassas de assentamento e revestimento como plastificante,

retentor de água e de incorporação de agregados

• d) misturas asfálticas como neutralizador de acidez e reforçador de propriedades

físicas (em geral, 1% das misturas);

• e) fabricação de blocos construtivos como agente aglomerante e cimentante (em

geral, 5 a 7% do volume do bloco).

• f) usos diversos: precipitação do SOx dos gases resultantes da queima de

combustíveis ricos em enxofre; proteção às árvores; desinfetantes de fossas;

proteção à estábulos e galinheiros.

INDUSTRIAS DE CAL

INDUSTRIAS DE CAL

Outras Aplicações

Outras Aplicações

Calcinação:

CaCO

3

• calor→ CaO + CO

2

Para essa reação ocorrer, a temperatura do forno deve ser de, no mínimo,

850ºC, mas a eficiência total da calcinação se dá a temperatura de 900º a

1000ºC.

A temperaturas entre 1200 e 1300°C, a cal inicia uma reação com as

impurezas (clínquer)  inviável para este processo.

A rocha calcária se dissocia em óxido de cálcio, liberando gás carbônico. Com

relação a rocha original,. A cor da cal virgem depende do grau de pureza da

rocha. Quanto mais pura, mais branca a cal.

INDUSTRIAS DE CAL INDUSTRIAS DE CAL

Processo Processo

O produto da calcinação apresenta-se na forma dos grãos originais (10 a 20

cm), esta cal virgem (viva) tem maior porosidade devido aos espaços vazios

deixados pelo CO

2

O forno de maior utilização na fabricação de Cal é do tipo Azbe: de Cuba

simples (consultar Guimarães/A Cal, 2002, 341p.).

INDUSTRIAS DE CAL

INDUSTRIAS DE CAL

Tipos de fornos

Tipos de fornos

Cubas simples

Cubas múltiplas

Suspensão

Leito fluidizado

Rotativos horizontais

Câmaras horizontais rotativas

Este seminário de fornos de cal será dado como seminário

A cal virgem, como se apresenta não está apta a ser utilizada na construção

civil, necessitando primeiro sofrer um processo de hidratação, previamente a

cal é moída:

CaO + H

2

O → Ca(OH)

2

• calor

Esta transformação produz (a) uma expansão muito grande (o Ca(OH)

2

ocupa volume 20% maior que o CaO), pois este processo afeta as ligações

moleculares e com isso as pedras de cal virgem se transformam em pó

branco e fino rapidamente, (b) liberação de calor.

Óxido  Hidróxido + calor  desagregação (expansão)  pó

INDUSTRIAS DE CAL

INDUSTRIAS DE CAL

Processo de extinção

Processo de extinção

A Cal hidratada é separada da não-hidratada e das impurezas, o produto é

de menor rendimento que a cal original  porem oferece vantagens como

facilidade de transporte e estocagem, evitando o envelhecimento (com CaO

2

do ar) e principalmente evita o risco de explosão ou incêndio em caso de

umedecesse acidentalmente (temperaturas atinge > 400°).

INDÚSTRIAS DE CERÂMICA

INDÚSTRIAS DE CERÂMICA

Fragmentos cerâmicos estão associados

à moradia humana desde os tempos mais

antigos, assim encontram-se louças de

barro fabricadas em forno de cerca de

15.000 anos. A cerâmica tradicional

também chamada de argila ou de

silicatos, acompanho à humanidade

desarrolhando-se independentemente

várias técnicas e habilidades, em

diferentes culturas.

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS INDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Introdução Introdução

O maior destaque da industria cerâmica foi quando

cruzou-se a química dos silicatos e a metalurgia e a

física do estado sólido, alem da automatização e a

computação, que na atualidade representam vários

processos modernos.

Define-se como cerâmicos a todos os materiais inorgânicos poli-

cristalinos simples ou complexos, formados pela combinação em

enlaces covalentes e iônicos (predominantemente) de elementos

metálicos e não metálicos (essencialmente), obtidos geralmente após

tratamento térmico em temperaturas elevadas (> 500ºC e < 1300ºC) e

algumas vezes calor e pressão.

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Introdução

Introdução

(M)—(NM) ;  MgO , Al

2

O

3

(M)—(SENM)  TiC, ZrB

2

(SENM)--(SENM)  SiC , B

4

C

(SENM)--(NM)  SiO

2

, Si

3

N

4

Metal (M)= Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al...

Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...

Sólidos elementares não-metálicos (SENM): B, P, S, C, Si, Ge.

(M)(M)(NM)  BaTiO

3

(M) (M)(M)(NM)  YBa

2

Cu

3

O

7

(M)(SENM)(SENM)  Ti

3

Si C

2

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Introdução Introdução

Cerâmica

A industria de cerâmicas compreendem alguns setores

como:

Cerâmica estrutural; Revestimentos ; Matérias primas

naturais ; Refratários ; Cerâmica técnica, especiais e

outras ; Sanitários ; Louça de mesa e adorno ; Fritas,

vidrados e corantes ; Matérias primas sintéticas ;

Cerâmica elétrica ; Equipamentos para cerâmica ;

Abrasivos.

Cerâmica branca: compreende produtos obtidos a partir de uma massa

de coloração branca, em geral recoberta por uma camada vítrea

transparente e incolor (louça de mesa, louça sanitária e isoladores

elétricos).

Cerâmica de revestimentos: materiais em forma de placas, usados na

construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e

piscinas de ambientes internos e externos (azulejo, pastilhas,

porcelanato, grês, lajota, piso).

Cerâmica vermelha: compreende materiais com coloração avermelhada

empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos

vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas), e também

utensílios de uso doméstico e de decoração.

Materiais refratários: produtos que suportam altas temperaturas em

condições específicas de processos e/ou de operação. Usados em

equipamentos industriais, estão geralmente sujeitos a esforços

mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperaturas e

outras adversidades. Para atingir estas especificações foram

desenvolvidos vários produtos , a partir de diferentes matérias-primas

ou misturas destas.

A industria cerâmica pode-se também dividir segundo as características

da matéria prima e seus produtos:

Isolantes térmicos: incluem-se os refratários isolantes (funções fora dos

refratários); isolantes térmicos não refratários, incluindo produtos como

vermiculita expandida, sílica diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã

de vidro e lã de rocha, que podem ser utilizados, a temperaturas de até

1100 ºC; fibras ou lãs cerâmicas que apresentam composições tais como

sílica, sílica-alumina, alumina e zircônia, podem chegar a temperaturas

de até 2000ºC ou mais;

Cerâmica de alta tecnologia / cerâmica avançada: a partir de matérias-

primas sintéticas de altíssima pureza, por meio de processos

rigorosamente controlados e classificados de acordo com suas

funções. Aplicados em naves espaciais, satélites, usinas nucleares,

implantes, aparelhos de som e vídeo, suporte de catalisadores para

automóveis, sensores, ferramentas de corte, brinquedos, acendedores

para fogão, entre outros;

Outros  Fritas (ou vidrado fritado): acabamento para diversos

segmentos cerâmicos. Constituídas por um vidro moído, fabricados por

indústrias especializadas a partir da misturas de diferentes matérias-

primas. É aplicada na superfície do corpo cerâmico que, após da

queima, adquire aspecto vítreo, elevando a impermeabilidade,

resistência mecânica e estética

O vidro é um sólido amorfo (líquido super-resfriado) cuja viscosidade

diminui ao aumentar a temperatura. Um vidro comercial é constituído

principalmente de óxido de silício e o vidro de janela (vidro de soda) é

um silicato de sódio e cálcio com 70% de óxido de silício.

INDUSTRIAS DE CERÂMICAS INDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Introdução (vidro) Introdução (vidro)

Os vidros e cerâmicas apresentam escoamento quando são submetidos

a esforços (Fluência).

É considerável nos vidros a temperaturas baixas e a altas temperaturas

nas cerâmicas.

• Os líquidos que dão origem aos vidros

possuem uma estrutura reticular polimerizada

com baixo número de coordenação (ordem em

pequenas distancias).

• Inorgânico (vidros comerciais)

ou orgânicos (polímeros com características

dos vidros).

INDUSTRIAS DE CERÂMICASINDUSTRIAS DE CERÂMICAS

Introdução Introdução

Extração das Matérias-Prima

Classificação

Mistura

Conformação

Secagem

Queima

Colagem

(Vazamento)

Extrusão

Prensagem

Pré-aquecimento

Sinterização

Resfriamento

Processo de

fabricação das

cerâmicas

tradicionais