UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  • - PGCEM

  Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR

  WANESSA REJANE KNOP

  ESTUDO DA VIABILIZAđấO DA INCORPORAđấO DO Pố DE EXAUSTấO EM MASSA CERÂMICA.

  

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  • - PGCEM

    DISSERTAđấO DE MESTRADO

    Mestrando: WANESSA REJANE KNOP – Química Industrial

    Orientador: Prof. Dr. LUIZ V. O. DALLA VALENTINA CCT/UDESC – JOINVILLE

    ESTUDO DA VIABILIZAđấO DA INCORPORAđấO DO Pố DE EXAUSTấO EM

    MASSA CERÂMICA.

  FICHA CATALOGRÁFICA

  NOME: KNOP, Wanessa Rejane DATA DEFESA: 28/09/2009 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 107-CCT/UDESC

FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Cerâmica TÍTULO: Estudo da viabilização da incorporação do pó de exaustão em massa cerâmica. PALAVRAS CHAVES: Subprodutos industriais, Pó de exaustão, Revestimentos cerâmicos. NÚMERO DE PÁGINAS: 79 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 41002016001P9.

  ORIENTADOR: Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina (UDESC) PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina (UDESC)

MEMBROS DA BANCA: Dra. Marilena Valadares Folgueras,Prof. Dr. Masahiro Tomiyama,

Prof. Dra. Raquel Luísa Pereira Carnin.

  

Deus nos fez perfeito e não escolhe os

capacitados, capacita os ecolhidos. Fazer ou

não fazer algo só depende de nossa vontade

e perseverança.

  Albert Einstein Agradeço primeiramente a Deuspor me oferecer saúde e paz.

  Aos meus pais que sempre me apoiaram em tudo e me deram força para conseguir atingir

  

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Luiz V. O. Dalla Valentina, orientador do presente trabalho.

  A Dra. Marilena Valadares Folgueras que foi co-orientadora e que se disponibilizou e ajudou na realização deste trabalho. À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM pela realização do presente trabalho. Ao Centro de Ciências Tecnológicas e ao Departamento de Engenharia Mecânica pela infra- estrutura oferecida. À empresa que forneceu o subproduto industrial pó de exaustão para o estudo e também a empresa de revestimentos que cedeu a massa cerâmica atomizada. À PROMOP pela bolsa concedida. A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho em especial para o

  Prof. Dr. Masahiro Tomiyama. As amizades feitas e aos meus colegas que ajudaram direta ou indiretamente durante o mestrado.

  

RESUMO

  Dentro do contexto de busca de alternativas para a utilização de subprodutos industriais como matéria-prima para a indústria cerâmica, este trabalho avaliou a possibilidade do emprego de pó de exaustão proveniente do processo de fundição em massa cerâmica atomizada tipo semi-grês. Este material foi caracterizado em uma etapa preliminar por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DRX), Análise Térmica Diferencial e Termogravimétrica (ATD e TG) constatando-se que se trata de um pó com alto teor de finos e composição compatível com a de massas cerâmicas. Foram desenvolvidas formulações com diferentes teores de pó de exaustão.

  o

  Os materiais sinterizados entre 1000 e 1200 C foram caracterizados quanto a propriedades tecnológicas como a absorção de água, retração linear e densidade aparente. A análise microestrutural foi realizada utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Estes resultados demonstraram a viabilidade da utilização do subproduto. Através dos experimentos observou-se que o subproduto promoveu um incremento no grau de sinterização, e elevados teores do mesmo aumentam a formação de porosidade e intensificam a cor do novo material. De acordo com os resultados obtidos na etapa preliminar definiu-se a metodologia de trabalho para o desenvolvimento do novo material. Na segunda etapa foram desenvolvidas novas formulações com a incorporação do pó de exaustão, baseada na etapa preliminar da pesquisa e utilizando como critério o comportamento após a sinterização. Este novo material foi caracterizado através da análise térmica diferencial, termogravimétrica, e de algumas propriedades tecnológicas como a absorção de água, retração linear e densidade aparente. Por fim foram realizados testes de resistência á flexão, resistência à abrasão além da análise morfológica.Os resultados obtidos demonstram que o novo material pode ser utilizado como placa cerâmica para revestimento, pois, em geral não houve mudanças significativas nas propriedades físicas e mecânicas estudadas da massa cerâmica com a incorporação do subproduto pó de exaustão em relação com as amostras somente com a massa e todas as composições estão dentro dos valores mínimos exigidos para as características analisadas.

  

ABSTRACT

  Inside the context of alternative search for the use of industrial waste as natural raw for the industrial ceramic, this work had the objective to evaluate the possibility of the use of exhauster powder generated in the foundry process. The characterization was performed by scanning electron microscopy, x-ray difratometry and thermal analysis (ATD, TG) noting that it is a powder with a high content of fine and compatible with the composition of ceramic bodies. Formulations were prepared with different exhauster powder content. The sintered materials at

  o

  1000, 1100 and 1200 C were characterized according technological properties as water absorption, linear shrinkage, bulk density. Microstructural analysis was carried out by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The results showed that it is possible to use the waste. It was observed that the waste increase the density in sintering process, and with high levels of waste occurs an increase of the porosity and intensification in the color of the new material. According to the results obtained in preliminary stage set up the methodology of work for the development of new materialThe second stage were developed new formulations prepared with different exhauster powder content, based on the preliminary stage of research and using as criterion the behavior after sintered. This new material were characterization by thermal analysis (ATD, TG), and some technological properties such as water absorption, linear shrinkage, bulk density. Finally were tests for resistance to bending, resistance to abrasion than the morphological analysis.The results showed the new material can be used as ceramic tiles, for, in general no significant changes it’s physical and mechanical studied of ceramic body exhauster powder content in relation to the samples only with the mass, and all the compositions are within the minimum required for the characteristics analyzed.

  Key-Words: Wastes industrial, Exhauster powder, Material ceramics.

2 REVISÃO DA LITERATURA

  2.2.2 D ESTINO DOS SUBPRODUTOS DE FUNDIđấO ATUALMENTE

  8

  SUMÁRIO RESUMO

  11

  2.3 R EVESTIMENTOS C ERÂMICOS

  12

  2.3.1 P ROCESSO DE F ABRICAđấO DE R EVESTIMENTOS C ERÂMICOS

  14

  2.3.2 T

  IPOLOGIA E PROPRIEDADES FINAIS DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS

  18

  2.4 S UBPRODUTOS INCORPORADOS EM M ATERIAIS C ERÂMICOS

  20

  2.5 C ONSIDERAđỏES

  23

  25

  XAUSTÃO

  E

  Ó DE

  2

  VII ABSTRACT

  VIII CAPễTULO 1 - INTRODUđấO

  1

  1.1 PROBLEMÁTICA

  1

  1.2 OBJETIVOS

  1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAđấO

  2.2.1 P

  3

  4

  2.1 R ESÍDUOS S ÓLIDOS

  4

  2.2 P ROCESSOS DE F UNDIđấO E A G

ERAđấO DE SUBPRODUTO

  6

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 E STUDO PRELIMINAR

  ARACTERIZAđấO DAS MATÉRIAS

  27

  3.1.1 C

  25

  • PRIMAS

  4.4 A NÁLISE M ORFOLÓGICA

  42

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO SEGUNDA PARTE

  61

  60

  59

  57

  5.6 C ONSIDERAđỏES

  56

  5.5 R ESISTÊNCIA À F LEXÃO

  55

  5.4 R ESISTÊNCIA À A BRASÃO P ROFUNDA

  53

  5.3 A NÁLISE M ORFOLÓGICA

  50

  5.2 C URVA DE G RESIFICAđấO E D ENSIDADE

A

PARENTE

  45

  VALIAđấO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO

  5.1 A

  45

  44

  4.5 C ONSIDERAđỏES

6 CONCLUSÃO

6.1 S UGESTÕES PARA T RABALHOS F UTUROS

7 REFERÊNCIAS

  

ÍNDICE DE FIGURAS

  Figura 2. 1– Geração de subprodutos no processo de modelação (GARCIA FILHO; CARNIN; 2009). ....................................................................................................................................... 9

  Figura 2. 2 - Fluxograma do processo de fundição com a geração do pó de exaustão estudado. . 10 Figura 2. 3: A: Coleta do pó de exaustão pela esteira. B: Armazenamento em container

  (RIBEIRO, 2008). ................................................................................................................. 10 Figura 2. 4: Processo de fabricação de revestimentos cerâmicos. ................................................. 15 Figura 3. 1: Etapas do desenvolvimento dos processos experimentais. ........................................ 26 Figura 3. 2: Etapas do desenvolvimento dos processos experimentais da segunda etapa. ............ 30 Figura 4. 1: Análise térmica do subproduto (ar). ........................................................................... 33 Figura 4. 2: Análise térmica do subproduto (N2). ......................................................................... 34 Figura 4. 3: Difratograma do subproduto pó de exaustão in natura.............................................. 34

  o

  Figura 4. 4: Difratograma do subproduto pó de exaustão com tratamento térmico de 600 e 1000 C ............................................................................................................................................... 35

  Figura 4. 5: Análise térmica da massa atomizada. ........................................................................ 36 Figura 4. 6: Difratograma da massa atomizada. ............................................................................ 36 Figura 4. 7: Análise térmica da massa atomizada e da combinação de 30% do subproduto pó de exaustão adicionado a esta massa. ......................................................................................... 37

  Figura 5. 1: Análise dilatométrica das amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto em massa. .............................................................................................................................. 46 Figura 5. 2: Análise térmica com 5% de subproduto incorporado na massa atomizada. .............. 47 Figura 5. 3: Análise térmica com 8% de subproduto incorporado na massa atomizada ............... 47 Figura 5. 4: Análise térmica com 10% de subproduto incorporado na massa atomizada. ............ 48

  o

  Figura 5. 5: Micrografias da massa etapa preliminar (a) e segunda parte (b)sinterizados a 1100 C com aumento de 500x. ........................................................................................................... 49 Figura 5. 6: Micrografias da incorporação de 15% de subproduto em massa etapa preliminar (a) e

  o

  10% de subproduto em massa segunda parte (b) sinterizados a 1100 C com aumento de 500x. ...................................................................................................................................... 49

  Figura 5. 7: Curva de gresificação e os valores de retração e absorção de água para as amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto e da massa atomizada sinterizados em seis temperaturas diferentes. ......................................................................................................... 51

  Figura 5. 8: Variação da densidade aparente dos corpos-de-prova em cinco diferentes temperaturas. ......................................................................................................................... 52 Figura 5. 9:Micrografias das amostras com incorporação de 5, 8 e 10% de subproduto e somente

  o

  da massa com magnificação de 50, 100, 200 e 500x, sinterizadas à 1100

  C. ....................... 54

  o

  Figura 5. 10: Valores de resistência mecânica à flexão para as amostras sinterizadas à 1100

  C. . 57

  

ÍNDICE TABELAS

  Tabela 2. 1: Alguns resíduos formados nos processos de fundição (GOSSEN, 2005). .................. 8 Tabela 2. 2: Alguns óxidos presentes nas formulações das massas cerâmicas (GRUN, 2007;

  MODESTO, 2005). ............................................................................................................... 14 Tabela 2. 3: Classificação de absorção de água em função do processo de fabricação

  (ANFACER, 2008). ............................................................................................................... 19 Tabela 2. 4: Classificação de resistência á flexão (ANFACER, 2008). ........................................ 19 Tabela 2. 5: Resistência à abrasão profunda (ABC, 2008; ANFACER, 2008). ............................ 20 Tabela 2. 6: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso

  (RIBEIRO, 2008). ................................................................................................................. 21 Tabela 2. 7: Corpos de prova com a quantidade e tipo de resíduo em porcentagem em peso

  (PUREZA et al. 2007). .......................................................................................................... 22 Tabela 2. 8: Formulações propostas (MODESTO et al 2003). ..................................................... 22 Tabela 2. 9: Caracterização física da formulação F5, em diferentes condições de queima, com valores de desvio-padrão entre parênteses (MODESTO et al 2003). ................................... 23

  o

  Tabela 5. 1: Resistência à abrasão profunda das composições sinterizadas à 1100

  C. ................. 55 Tabela 5. 2: Valores respectivos as propriedades tecnológicas encontradas para as composições 0,

  o

  5, 8 e 10% de subproduto sinterizados à 1100

  C. ................................................................. 58

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