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Title: Estudo da viabilidade do uso de matérias de baixo valor econômico do Quadrilátero Ferrífero na fabricação de materiais cerâmicos.
Authors: Peralta Sánchez, Miguel Genaro
metadata.dc.contributor.advisor: Varajão, Angélica Fortes Drummond Chicarino
Keywords: Quadrilátero Ferrífero
Argila caulinítica
Cerâmica - indústria
Resíduos industriais
Geopolímeros
Issue Date: 2015
Citation: PERALTA-SÁNCHEZ, M. G. Estudo da viabilidade do uso de matérias de baixo valor econômico do Quadrilátero Ferrífero na fabricação de materiais cerâmicos. 2015. 97 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Abstract: Estudos prévios sobre a gênese dos depósitos argilosos cenozóicos do Quadrilátero Ferrífero foram fundamentais para a seleção das fácies mais argilosas em três ocorrências dessa região e para o estudo da viabilidade da sua aplicação tecnológica em cerâmica vermelha, tal como na fabricação de tijolos comuns obtidos a altas temperaturas, visando sua utilização como material de construção, e na fabricação de geopolímeros obtidos a baixa temperatura, também para sua utilização como material de construção e como material filtrante de águas poluídas. As matérias-primas empregadas nessa pesquisa foram as argilas cauliníticas das fácies arenito coesivo maciço (ACM), diamictito branco (DB) e diamictito vermelho (DV), do depósito de Padre Domingos, localizado no sinclinal Moeda; das fácies argilosa friável (FS) e argilosa maciça (AM), do depósito Morro do Caxambu, localizado no sinclinal Dom Bosco e; das fácies R1 e R5, localizadas em cortes da rodovia BR-356. Como aditivos foram usados filito (F), que é o embasamento dos depósitos argilosos, e quartzito (Q), proveniente de rejeitos da fabricação de placas de revestimento, localizados na cidade de Ouro Preto. Adicionalmente na elaboração de geopolímeros foi também utilizada lama vermelha (LMV) proveniente de resíduos da indústria de alumínio, da região de Poços de Caldas, Minas Gerais. Foram coletados 10 kg de amostra em cada uma das fácies selecionadas. As amostras foram secadas, destorroadas, homogeneizadas, quarteadas, moídas e peneiradas a 35 mesh (0,425 mm). Seguidamente, análises granulométricas, difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), análises termodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG), plasticidade, densidade, superfície especifica, porosidade, microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram confirmar a predominância da caulinita e, secundariamente, quartzo, hematita, feldspato, muscovita e goethita, além de conhecer detalhadamente outras características físicas, química e texturais das argilas. As cores apresentadas pelas amostras estão diretamente relacionadas ao conteúdo em Fe2O3. Após ajustar a umidade à 8,5 % corpos de prova foram confeccionados e queimados a 900 e a 1.100 °C. Os corpos cerâmicos obtidos com as amostras DV e R1 resultaram com superfícies homogêneas e sem fraturas, atingindo valores apropriados de absorção de água, retração linear e de resistência à compressão às normas técnicas para tijolos para alvenaria. As cinco amostras restantes (ACM, DB, FS, AM e R5) foram testadas com o aditivo filito (F), em diferentes proporções. Somente as misturas ACM+15F, DB+5F, FS+5F, AM+5F e, R5+5F após queimadas a 900 ºC resultaram em corpos com características físicas e mecânicas adequadas à indústria de cerâmica vermelha. Ensaios adicionais com uma solução alcalina (12 mol/L NaOH) resultaram no aumento da resistência mecânica e na redução da absorção de água dos corpos. Para a obtenção de geopolímeros, rejeitos de quartzito (Q), três amostras das argilas cauliníticas (DB, R1 e R5) e lama vermelha (LMV), foram misturados adequadamente nas proporções: 34%Q_66%R5; 33%Q_67%DB; 49%R1_51%R5; 48%R1_52%DB; 34%Q_56%DB_10%LMV e 34%Q_46%DB_20% LMV. Adicionalmente, geopolímeros também foram obtidos com as amostras R1 e ACM misturadas com lama vermelha (LMV) na proporção de 50%R1_40%ACM_10%LMV. Todos os geopolímeros obtidos mostraram superfícies homogêneas e sem fraturas, com valores de resistência mecânica superiores aos estipulados para sua utilização como tijolo para alvenaria. A mineralogia dos produtos obtidos indicou a formação de sodalita e zeólita, que são espécies comuns nos geopolímeros. Finalmente, pesquisando novas aplicações, ensaios de filtragem utilizando os geopolímeros como filtros de águas ácidas contendo metais pesados mostraram a viabilidade do seu uso na obtenção de águas alcalinas e/ou ligeiramente ácidas e com uma importante redução do conteúdo de metais pesados. Os resultados desta pesquisa permitiram valorizar matérias-primas para o seu uso na indústria de cerâmica vermelha, além de oferecer um destino final ambientamente correto tanto para o quartzito quanto para a lama vermelha, que atualmente são fontes geradoras de poluentes ambientais. ________________________________________________________________________________________
ABSTRACT: Previous studies on Cenozoic clay deposits of the Quadrilátero Ferrífero were essential to the selection of the most clayey facies in three occurrences of this region and to study the feasibility of technological application in red ceramic, such as in the fabrication of common bricks obtained at high temperatures, for their use as construction material, and in the fabrication of geopolymers obtained at low temperature, for their use as construction material and as filter material for polluted water. The raw materials used in this research were the kaolinitic clay of massive cohesive sandstone (ACM), white diamictite (DB) and red diamictite (DV) facies, of the Padre Domingos deposit, located in the Moeda syncline; of friable clayey (FS) and massive clayey (AM) facies of Morro do Caxambu deposit, located in the syncline Dom Bosco and; the R1 and R5 facies, located in BR-356 highway cuts. As additives were used phyllite (F), which is the basement of clay deposits, and quartzite (Q), from wastes of fabrication of coating plates, located in Ouro Preto city. Additionally in the fabrication of geopolymers was also used red mud (LMV) from waste of the aluminum industry, from Poços de Caldas region, Minas Gerais. Was collected 10 kg sample of each one of the selected facies. The samples were dried, disaggregated, homogenized, reduced, milling and sieved to 35 mesh (0.425 mm). Next, granulometric analyses, X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), thermodifferential (DTA) and thermogravimetric (TGA) analysis, plasticity, density, surface area, porosity, scanning electron microscopy (SEM) allowed to confirm the predominance of kaolinite and secondarily, quartz, hematite, feldspar, muscovite and goethite, as well as know in detail other physical, chemical and textural characteristics of clays. The colors in the samples are directly associated to the content of Fe2O3. After adjusted the humidity to 8.5% the samples were prepared and fired at 900 and 1,100 °C. The ceramic samples with DV and R1 resulted with homogeneous surfaces and without fractures, reaching appropriate values of water absorption, linear shrinkage and compressive resistance to technical standards for brick masonry. The remaining five samples (ACM, DB, FS, AM and R5) were tested with the additive phyllite (F), in different proportions. Only the blends ACM + 15F, DB + 5F, FS + 5F, AM + 5F and R5 + 5F after burning at 900 °C resulted in bodies with physical and mechanical properties appropriated to the ceramic industry. Additional tests with an alkaline solution (12 mol / L NaOH) resulted in a increase of the mechanical strength and reduction of water absorption from the bodies. To obtain geopolymers, quartzite tailings (Q) of three samples of kaolinitic clay (DB, R1 and R5) and red mud (LMV) were adequately mixed in the proportions: 34%Q_66%R5; 33%Q_67%DB; 49%R1_51%R5; 48%R1_52%DB; 34%Q_56%DB_10%LMV and 34%Q_46%DB_20%LMV. Additionally, geopolymers were also obtained samples with the R1 and ACM mixed with red mud (LMV) in the proportion of 50%R1_40%ACM_10% LMV. All geopolymers showed homogeneous surfaces and without fractures, with strength values higher than those required for use as brick masonry. The mineralogy of the products obtained indicated the formation of sodalite and zeolite species which are common in geopolymers. Finally, searching for new applications, filtration assays using the geopolymers as a filter for acidic water containing heavy metals shown the feasibility of their use in obtaining alkaline and/or slightly acidic water, with a significant reduction in heavy metal content. The results of these research allowed evaluate raw materials for use in the ceramic industry and offer a final destination environmentally correctly for both quartzite and the red mud, which are currently sources of environmental pollutants.
Description: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/5553
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 21/05/2015, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 3.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante.
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