Estudo da estabilidade e comportamento de suspensões aquosas de pó de ardósia para aplicação em processamento cerâmico.

Abstract

Interações de reagentes orgânicos com superfícies de óxidos são importantes no processamento cerâmico de partículas finas, como por exemplo, o processo de colagem de barbotinas (“slip casting”). Os aditivos adicionados têm como objetivo principal o controle das forças entre as partículas na suspensão visando sua estabilidade. A eficiência do mecanismo de estabilização resulta em uma condição de dispersão que reflete em aspectos de comportamento reológico e de sedimentação associados ao sistema e, consequentemente, nas propriedades das peças produzidas. No presente trabalho utilizou-se o resíduo de pó de ardósia gerado nas etapas de extração e beneficiamento pelas mineradoras no Estado de Minas Gerais - Brasil. O resíduo foi caracterizado quanto a microestrutura evidenciando a heterogeneidade de forma e tamanho, mostrando partículas de formato isotrópico, de folhas e lamelares. Os tamanhos de partículas encontrados no rejeito foram da ordem de 0,5 até 25μm tanto pela técnica de difração a laser quanto pelas análises de imagens automatizadas. A difração de raios X mostrou a presença dos principais minerais constituintes dessa rocha: quartzo, moscovita, clinocloro, calcita e feldspatos. As análises químicas mostraram a presença de óxidos de silício e alumínio em maiores quantidades devido a presença de quartzo e minerais sílico-aluminosos, como moscovita e clinocloro. As suspensões de ardósia produzidas, com diferentes porcentagens de sólidos e dispersantes, apresentaram complexo comportamento em função da variada mineralogia tendo suas propriedades analisadas por: tamanho de partículas, potencial zeta, viscosidade e sedimentação. Foi observado que com o aumento da porcentagem de sólidos ocorreu a formação de aglomerados (~100m) incluindo as amostras com ardósia pura. Quando os dispersantes, ácido cítrico, poli(acrilato de amônio) e poli(metacrilato) de sódio e poli(cloreto de dialildimetilamônio) foram adicionados, resultados diferentes foram obtidos em função das características específicas dos mesmos. As distribuições de tamanho de partículas para as suspensões com ácido cítrico e poli(acrilato) de amônio mostraram curvas bimodais com um pico na região submicrométrica e outro na região de maior tamanho de partículas indicando a presença de aglomerados. A adição dos dispersantes ácido poli(metacrilato) de sódio (PMANa) e poli(cloreto de dialildimetilamônio) – (PDADMACDMAC), tanto individualmente ou combinados, afetaram ligeiramente as curvas de distribuição de tamanho de partículas das suspensões que apresentam-se monomodais com picos variando de 6 e 8,5m. Em relação a ardósia pura verificou-se o aumento do número de aglomerados com deslocamento das curvas para esquerda do eixo das abcissas. Os valores de potencial zeta obtidos para todas as suspensões foram, em geral, negativos para as faixas de pH avaliadas. Os valores obtidos para as suspensões com os dispersantes PMANa e PDADMAC isoladamente sugerem dominância das cargas superficiais das partículas da ardósia em valores específicos de pH, carga positiva abaixo de pH 4 e carga negativa acima de pH 11. Nos testes de sedimentação por gravidade e centrifugação para todas as suspensões, ficou evidenciado que quando a fração volumétrica de sólidos em água foi aumentada, a taxa de sedimentação diminuiu devido ao efeito de impedimento (“hindered settling”). Fenômeno frequente em suspensões concentradas onde ocorre grandes interações entre as partículas e a sedimentação é atrasada pelas partículas vizinhas. Em relação ao comportamento reológico, as suspensões de ardósia exibiram comportamento pseudoplástico com aumento da viscosidade em função da porcentagem de sólidos nas suspensões. Nos casos estudados, a adição de diferentes dispersantes afetou ligeiramente esse comportamento sendo menores viscosidades obtidas para os dispersantes poli(acrilato de amônio) e poli(metacrilato de sódio). Os resultados obtidos para suspensões sob compressão por centrifugação mostraram que nas suspensões contendo os dispersantes poli(metacrilato de sódio) e poli(cloreto de dialildimetilamônio), os sedimentos apresentaram maior capacidade de compressão, mas com a presença de agregados de partículas. O dispersante PDADMAC quando utilizado isoladamente apresentou sedimentos mais volumosos e abertos, resultado consistente com os dados mais elevados de viscosidade. O limite de escoamento das suspensões foi menor para as suspensões de ardósia pura do que os valores das suspensões com dispersante evidenciando menores forças de ligação entre as partículas e os menores valores de viscosidade obtidos. Os resultados mostraram o complexo comportamento do pó de ardósia e a dificuldade de manter a suspensão estabilizada sem a formação de aglomerados e sedimentação de partículas não impedindo totalmente, sua utilização em processamento cerâmico.