Cerâmica, Volume: 59, Issue: 350, Published: 2013
  • Editorial

  • S. Paulo state ceramic material characterization for the production of concrete lightweight aggregate

    Santis, B. C.; Sichieri, E. P.; Rossignolo, J. A.; Ferreira, G.; Fiorelli, J.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho tem por objetivo a caracterização de diferentes massas cerâmicas do estado de S. Paulo para a produção de agregados leves de argila calcinada visando à utilização em concretos de cimento Portland. A caracterização das massas cerâmicas deu-se por meio das técnicas de limites de liquidez e plasticidade, análise granulométrica, análise química e difração de raios X. Os corpos de prova confeccionados com essas massas cerâmicas, queimados a 900 ºC, foram caracterizados por meio da avaliação da retração linear, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, expansão por umidade e resistência à compressão. Os resultados desta pesquisa indicaram a viabilidade da produção de agregados leves de argila calcinada para utilização em concretos e os valores da massa específica (1,555 a 1,785 kg/m³) e da resistência à compressão (18,0 a 55,8 MPa) apresentaram-se em um patamar intermediário entre os observados para a argila expandida (agregado leve comercial) e para o agregado convencional (basalto).

    Abstract in English:

    This paper aims the characterization of different S. Paulo state ceramic material for the production of calcined Clay lightweight aggregates in order to use in Portland cement concretes. The characterization of ceramic material was made by techniques of liquid and plasticity limits, particle size analysis, chemical analysis and X-ray diffraction. The specimens made from these ceramic materials, burned at 900 ºC, were characterized by evaluating of linear shrinkage, water absorption, apparent porosity, specific mass, moisture expansion and compressive strength. Results of this research indicated the viability of production of calcined clay lightweight aggregate for use in concrete and the values of specific mass (1.555 to 1.785 kg/m³) and compressive strength (18.0 to 55.8 MPa) presented at a intermediate level between those observed for the expanded clay (commercial lightweight aggregate)and the conventional aggregate (basalt).
  • Magnesia hydration and its binder effect on cement-free refractory castables

    Souza, T. M.; Braulio, M. A. L.; Bonadia, P.; Pandolfelli, V. C.

    Abstract in Portuguese:

    Apesar da hidratação da magnésia constituir uma dificuldade para o seu uso em concretos refratários, trabalhos recentes indicam que o controle da expansão volumétrica associada a esta reação pode ser utilizado para promover o desenvolvimento de resistência mecânica em concretos sem cimento, resultando em um ligante a base de magnésia. Considerando este aspecto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o potencial do MgO e da combinação MgO-SiO2 como agentes ligantes para concretos refratários. Com este propósito utilizou-se três fontes de MgO distintas, um sínter de magnésia e duas magnésias cáusticas. Para o sistema MgO-SiO2, teores distintos de microssílica (1 %-p, 2 %-p e 4%-p) foram adicionados aos concretos a fim de evitar os danos causados pela hidratação da magnésia. Os resultados obtidos destacam que para o sínter de MgO, calcinado acima de 1500 °C, a baixa razão CaO/SiO2 é um dos pré-requisitos para a redução dos efeitos deletérios associados à hidratação. Para as magnésias cáusticas (calcinadas abaixo de 1200 °C) o teor de SiO2 e CaO livre são fundamentais para determinar o efeito ligante e a integridade física final do produto. Além disto, a adição de microssílica apresentou-se como um mecanismo eficiente para controlar a hidratação de diferentes fontes de MgO, entretanto, teores elevados de microssílica podem resultar em uma redução acentuada da fluidez.

    Abstract in English:

    Due to its hydration, the use of fine magnesia in refractory castables is a key concern. Nevertheless, recent studies pointed out that the volume expansion associated with this reaction can be used to develop strength in cement-free castables, resulting in magnesia based binder. Considering this aspect, the objective of the present work was to evaluate the potential of MgO and MgO-SiO2 as binders for refractory castables. With this purpose, three different sources of magnesia were used, one dead-burned and two caustic ones. For the MgO-SiO2 system different amounts of fumed silica (1wt.%, 2wt.% and 4wt.%) were added to the castable compositions in order to avoid the damages caused by magnesia hydration. The results attained pointed out that for the sinter calcined above 1500 °C, the low CaO/SiO2 ratio is one of the important issues to inhibit the deleterious effects associated to the hydration. For the caustic magnesia (calcined below 1200 °C) the free SiO2 and CaO contents are fundamental for the binding potential and final physical integrity of the product. Furthermore, the addition of fumed silica was presented as an efficient mechanism to control the hydration of different MgO sources; however, high levels of fumed silica can result in a marked castable flow reduction.
  • Calcium aluminates potential for endodontics and orthopedic applications

    Pompeu, L. L. M. F.; Santos, G. L.; Pandolfelli, V. C.; Oliveira, I. R.

    Abstract in Portuguese:

    Os materiais de maior uso em Endodontia como retro-obturador ou selador de defeitos na comunicação da raiz com o periodonto lateral (MTA, mineral trioxide aggregate) e em Ortopedia, para fixar implantes e na remodelação óssea perdida (PMMA, polimetilmetacrilato), apresentam respectivamente, algumas propriedades limitantes como: longo tempo de presa e alta temperatura durante a polimerização. Tais limitações indicam a necessidade de alterações em suas composições bem como o desenvolvimento de materiais alternativos visando expandir suas aplicações. Neste contexto, um novo biomaterial a base de cimento de aluminato de cálcio (CAC) tem sido estudado visando preservar as propriedades positivas e aplicações clínicas do MTA e PMMA superando algumas de suas desvantagens. Estudos recentes envolvendo o uso de CAC têm sido baseados em produtos comerciais compostos por uma mistura de fases. Melhorias neste sentido podem ser alcançadas pesquisando as rotas de síntese do CAC visando o adequado balanço entre as fases e o controle das impurezas que podem prejudicar a sua atuação em aplicações em áreas da saúde. A produção de fases de CAC isoladamente foi estudada anteriormente e neste trabalho é apresentada a sua caracterização quanto à temperatura de reação de hidratação; trabalhabilidade/tempo de presa e quanto a influência sobre pH, condutividade iônica e concentração de sólidos da água e diferentes soluções simuladoras de fluido corporal quando em contato com as fases. Os resultados apresentados indicaram as fases CaO.Al2O3 (CA) e CaO.2Al2O3 (CA2) como as mais promissoras para as aplicações pretendidas.

    Abstract in English:

    The mostly used material in Endodontics as root-end filling or perforation as well as root canal sealers (MTA, mineral trioxide aggregate) and in orthopedic surgery to affix implants and to remodel bone loss (PMMA, polymethyl methacrylate), present respectively, some limiting properties such as: long setting time and high polymerization temperature. These drawbacks highlight the need of improvements in their compositions, as well as the development of alternative materials aiming to expand their applications. In this context, a novel biomaterial-based calcium aluminate cement (CAC) has been studied in order to keep the positive properties and clinical applications of MTA and PMMA, overcoming some their disadvantages. Recent studies involving the use of CAC are based on commercial products consisting of a mixture of phases. Improvements can be attained by searching the synthesis routes of CAC aiming the proper balance between the phases and the control of impurities that may impair its performance in applications in the areas of health. The production of CAC phases has been previously studied and this article present their characterization based on hydration temperature; working time/setting time and their influence on pH, ionic conductivity and solids concentration of water and different solutions of simulated body fluid in contact with these phases. The results indicated the CaO.Al2O3 (CA) and CaO.2Al2O3 (CA2) phases as the most suitable for the target applications.
  • Changes on surface of commercial ceramic filtration candles, via sol-gel, aiming at an increase in organophilicity

    Alves, C. R.; Assis, O. B. G.

    Abstract in Portuguese:

    Velas cerâmicas empregadas para a filtração doméstica de água consistem de elementos porosos sinterizados a base de aluminossilicatos com larga distribuição de tamanhos de poros e grãos. Esses filtros têm se mostrado úteis na retenção de micropartículas em suspensão por exclusão de tamanhos, mas apresentam baixa eficiência com respeito à remoção de compostos químicos e de micro-organismos. Para elevar sua capacidade de filtração, principalmente de contaminantes orgânicos, alterações superficiais foram conduzidas fazendo uso de revestimento de SiO2 pela técnica de sol-gel dip-coating. Análises indicam que o filme de SiO2 obtido por calcinação gera uma redução média de 3,5 µm nos tamanhos de poros causando uma ligeira queda de pressão na permeação, contudo, a superfície vítrea melhora a organofilicidade elevando a eficiência de remoção de bactérias, principalmente para vazões em baixo fluxo.

    Abstract in English:

    Water household ceramic filter candles are sintered porous elements based on aluminosilicates and characterized by having a large distribution of pores and grain sizes. Such filters are useful in the retention of microparticles in suspension by size exclusion; however they present low efficiency in microorganism and chemical contaminants removals. In order to increase its filtration capability, mainly concerning organic contaminants, surface modifications were conducted by SiO2 sol-gel dip-coating. Analysis revels that after SiO2 film densification an average reduction in 3.5 µm in pore size is measured what generates a slight decay permeation pressure. Nevertheless, the vitreous surface enhances the organofilicity increasing the bacteria removal efficiency, mainly at low permeation flux.
  • Study of the influence of the addition of mineral coal ash on the properties of red ceramics

    Zanin, T. L.; Klitzke, W.; Luz Jr., L. F. L.

    Abstract in Portuguese:

    A adição de resíduos industriais em cerâmicas vermelhas tem sido o alvo de diversos estudos, onde se busca uma destinação final adequada ao resíduo e melhoria das características da cerâmica. Neste trabalho, avaliou-se a adição de cinzas leves de carvão mineral oriundas de uma usina termelétrica existente em Figueira, PR. Foram preparadas misturas de 0, 10, 20, 30, 40 e 50% de cinzas em argila e produzidos corpos de prova de 6 cm x 2 cm x 0,5 cm por calcinação a 950 ºC. Avaliou-se os parâmetros perda ao fogo, densidade aparente, porosidade aparente, retração linear, absorção de água e resistência mecânica. Os resultados dos ensaios indicaram que influência do material incombusto presentes nas cinzas foi superior a qualquer efeito dos outros componentes das cinzas.

    Abstract in English:

    The addition of industrial waste into red ceramic has been the subject of several studies, which seek to dispose the waste properly and to improving the characteristics of ceramics. In this study, the addition of fly ash from coal derived from an existing power plant in Figueira, PR, Brazil, was evaluated. Mixtures of 0, 10, 20, 30, 40 and 50% ash in clay were prepared and 2 cm x 6 cm x 0.5 cm samples produced by calcination at 950 ºC. The loss on ignition, bulk density, apparent porosity, linear shrinkage, water absorption and mechanical strength parameters were evaluated. The results indicated that the influence of unburned material present in the ash was higher than any effect of other components of the ash.
  • Electrical conductivity of CeO2-10 mol% Gd2O3- x mol% Sm2O3 (0 < x < 2)

    Araujo, H. E.; Souza, D. P. F. de

    Abstract in Portuguese:

    A condutividade elétrica de CeO2-10 mol% Gd2O3 co-dopado com x mol% de Sm2O3 (0 < x < 2) foi investigada. O aumento da concentração total de dopantes com a co-dopagem não promoveu variação significativa do parâmetro de rede e do tamanho médio de grão. A adição de até 1,0% em mol de co-dopante favoreceu a condutividade elétrica do grão e acima deste teor ocorreu decréscimo, apesar de o parâmetro de rede e o tamanho médio de grão se manterem constantes. A condutividade elétrica do contorno de grão teve um aumento sistemático com a adição do co-dopante, indicando a influência da co-dopagem na camada de carga espacial.

    Abstract in English:

    This work reports the electrical conductivity of CeO2-10 mol% Gd2O3 co-doped with x mol% Sm2O3 (0 < x < 2). The lattice parameter and the average grain size were insensitive to co-doping. However, the addition up to 1.0 mol% of co-dopant increased the grain electrical conductivity and above this level a decrease was detected in spite of the lattice parameters and average grain size remained constant. The grain boundary electrical conductivity increased systematically with the increase of co-doping. This behavior has been associated to the influence of co-doping in the space charge layer.
  • Study of the characterization of non-plastic clays from Poços de Caldas, MG, Brasil

    Maestrelli, S. C.; Roveri, C. D.; Nunes, A. G. P.; Faustino, L. M.; Aielo, G. F.; Pinto, L. P. A.; Manochio, C.; Cal, T. M. L.; Ribeiro, F. F.; Mariano, N. A.

    Abstract in Portuguese:

    Poços de Caldas é um importante centro hidrotermomineral do Brasil, o qual apresenta depósitos de argilas não plásticas para as quais não há registros significativos a respeito da caracterização direcionada destes materiais, o que prejudica estudos de aplicação industrial. Estas argilas não plásticas, não aproveitadas, vêm sendo armazenadas em galpões ou a céu aberto, o que gera um elevado custo para a indústria, além de transformar-se em um passivo ambiental. No presente trabalho realizou-se o estudo químico-mineralógico de seis amostras de argilas de baixa plasticidade, além da caracterização preliminar destas amostras quanto à granulometria, plasticidade e propriedades cerâmicas básicas, visando ampliar os horizontes das investigações destes materiais. Este estudo preliminar mostrou que, de maneira geral, as amostras são compostas por minerais refratários como caulinita e gibbsita, apresentando teores menos significativos de outras fases, como quartzo, vermiculita e illita. Juntamente às análises químicas, estes dados permitiram o agrupamento das matérias-primas em dois grupos em função de sua refratariedade, norteando assim, a caracterização posterior. Dentre as amostras, há material com potencial uso na formulação de massas de porcelanato, além de uma amostra turfosa, cuja aplicação está relacionada à correção de solos.

    Abstract in English:

    Poços de Caldas is an important "hydro-thermo-mineral" center in Brazil, where non-plastic clays deposits can be found with no significant records about their characterization, impeding the studies of industrial application. These non-plastic clays, not used, have been stored in sheds or open, which creates a high cost to the industry, and become an environmental liability. In the present work, the chemical-mineralogical study of six samples of non-plastic clays was realized, and also the preliminary characterization of these samples about the grain size, plasticity and basic ceramic properties, to expand the horizons of researches about such materials. This preliminary study showed that, overall, the samples are composed of refractory minerals such as kaolinite and gibbsite, with less significant amounts of other phases such as quartz, illite and vermiculite. The chemical analysis permitted the grouping of raw materials into two groups according to their refractory properties, guiding to the subsequent characterization. Among the samples, there is material with potential use in porcelain formulation, and also a peat sample, which implementation is related to soil correction.
  • New methodology for a faster synthesis of SrSnO3 by the modified Pechini method

    Lucena, G. L.; Souza, J. J. N.; Maia, A. S.; Soledade, L. E. B.; Longo, E.; Souza, A. G.; Santos, I. M. G.

    Abstract in Portuguese:

    SrSnO3, um óxido complexo tipo perovskita, foi sintetizado pelo método Pechini modificado usando dois precursores diferentes, cloreto de estanho e estanho metálico. O primeiro já é tradicional na literatura levando cerca de 30 dias, apenas para limpeza do citrato de estanho com objetivo de eliminar o cloreto. A segunda rota foi desenvolvida pelo nosso grupo de pesquisa e reduz o tempo, levando 6 h para completar a síntese da resina. Os resultados mostram que SrSnO3 obtidos do estanho metálico mostram um aumento da ordem de curto alcance, que conduz a um valor de intervalo de banda mais elevada do que os relatados na literatura, para além de uma redução significativa na formação do SrCO3, quando comparado com o obtido a partir do cloreto de estanho.

    Abstract in English:

    SrSnO3, a perovskite-type complex oxide, was synthesized by the modified Pechini method using two different precursors, tin chloride and metallic tin. The first one is already traditional in the literature and it claims about 30 days, only for the cleaning of tin citrate aiming at the elimination of the chloride. The second route was developed by our research group and saves time, taking 6 h to complete the synthesis of the resin. The results show that SrSnO3 obtained from the metallic tin show a higher short range order, leading to a band gap value higher than those reported in the literature, besides a meaningful reduction in the formation of SrCO3, as compared to the one obtained from tin chloride.
  • Firing transformations of an argentinean calcareous commercial clay

    Serra, M. F.; Conconi, M.S.; Suarez, G.; Agietti, E. F.; Rendtorff, N. M.

    Abstract in Portuguese:

    Transformações mineralógicas causadas por queima são estudadas pelo método semiquantitativo de difração de raios X. O desaparecimento do mineral original e o neomineral foram avaliados quantitativamente. Além disso, a quantificação de fase não cristalina foi alcançada acima de 1000 ºC, sendo usado quartzo como padrão. Este estudo descreve um calcário branco argentino comercial, o qual é submetido a uma queima cerâmica tradicional, com base na sua importância tecnológica, ele atua como modelo para outras argilas com base cerâmica. Os materiais foram submetidos a tratamento térmico entre 700 ºC e 1000 ºC. Uma caracterização preliminar da sinterização foi avaliar a evolução da retração e da porosidade. Análise simultânea termogravimétrica e térmica diferencial foi realizada para determinar as temperaturas em que ocorrem mudanças químicas. Finalmente, foi feita uma analise quantitativa com base no refinamento Rietveld dos padrões de difração de raios X, para caracterizar as fases cristalinas na argila e nos materiais obtidos após os tratamentos térmicos. As reações químicas que ocorrem são propostas. As fases identificadas após a queima na temperatura tradicional de trabalho (1040 ºC) são quartzo, plagioclásio, e o espinélio tipo aluminio-silicato, juntamente com metacaulim não detetado e algum teor de fase vítrea. Foi também determinada gehlenita em temperaturas intermediarias (900 ºC). A presença e a decomposição de carbonatos (calcita e dolomita) foram também avaliadas e demonstrada sua atuação nas características da sinterização.

    Abstract in English:

    Mineralogical transformations caused by firing are usually studied by XRD methods only semi-quantitatively. In this work the original mineral disappearance and the neo-mineralization were evaluated quantitatively. Furthermore an indirect non crystalline phase quantification was performed under 1100 ºC was also carried out using the quartz content as internal standard. This study specifically discusses the behavior of an Argentinean white calcareous earthenware commercial when subjected to traditional ceramic firing, besides the technological importance of this particular material, it acts as a model for other clay based ceramic materials. Materials were subjected to thermal treatments between 700 ºC and 1100 ºC. A preliminary sintering characterization was carried out by contraction and porosity evolution. Simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA) was carried out to elucidate the actual temperature at which the chemical changes occur. Finally, a quantitative analysis based on the Rietveld refinement of the X-ray diffraction patterns was performed to characterize the crystalline phases present in both the clay and in the materials obtained after different thermal treatments. The actual chemical reactions are proposed. The phases identified after firing at traditional working temperature (1040 ºC) are quartz, plagioclase, and the Spinel type alumino-silicate, accompanied by the non-diffracting un-reacted metakaolin and some amount of amorphous glassy phase. At intermediate temperatures (900 ºC) the presence of gehlenite was also detected. The carbonates (calcite and dolomite) presence and decomposition were also evaluated and demonstrated to determine the sintering characteristics of this material.
  • Structural and magnetic investigation of Ca2MnReO6 doped with Ce

    Depianti, J. B.; Orlando, M. T. D.; Cavichini, A. S.; Corrêa, H. P. S.; Rodrigues, V. A.; Passamai, J. L.; Piedade, E. L. O; Belich, H.; Medeiros, E. F.; Melo, F. C. L. de

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho estudamos as propriedades da dupla perovskita Ca2MnReO6 dopada com até 10% de Ce no sítio do Ca. Estes compostos apresentaram uma célula monoclínica com grupo espacial P2(1)/n. Através do refinamento do padrão de difração de raios X pelo método de Rietveld observamos um pequeno aumento nos parâmetros de rede para a amostra dopada. Os espectros de absorção de raios X na bordaK do Mn e L3 do Re mostram que o Mn e Re assumem valência mista em ambas as amostras. Nas medidas de XANES sob pressão não observamos nenhuma variação na valência para a borda K do Mn. No entanto, foi observado um deslocamento da borda L3 do Re para alta energia em função da pressão aplicada. A amostra dopada com Ce apresentou frustração magnética geométrica. Houve um pequeno decréscimo da temperatura de frustração da amostra dopada em comparação com a amostra Ca2MnReO6. A diminuição da temperatura frustração pode estar relacionada com a distorção octaédrica do MnO6 e do ReO6.

    Abstract in English:

    We have studied the properties of Ce doping in Ca-site of Ca2MnReO6 double perovskite up to 10%. These compounds have presented a monoclinic cell with P2(1)/n space group. A small increase of lattice parameters in doped sample were observed through Rietveld refinement of X-ray diffraction pattern. The spectra at the Mn K-edge and Re L3-edge showed a mixed valence for Mn and Re in both samples. We do not observed any variation on Mn K-edge valence in XANES measurements under pressure. However a change was observed for Re L3-edge as a function of applied pressure. The Ce-doped sample showed a magnetic geometric frustration and a small decrease of the temperature frustration as compared with Ca2MnReO6 sample. The decrease of temperature frustration can be related to the MnO6 and ReO6 octahedral distortion.
  • Zinc-gallium oxynitride powders: effect of the oxide precursor synthesis route

    Figueiredo, J. F. D.; Bouquet, V.; Députier, S.; Merdrignac-Conanec, O.; Peron, I.; Marinho, E. P.; Souza, A. G.; Santos, I. M. G.; Guilloux-Viry, M.; Weber, I. T.

    Abstract in Portuguese:

    Oxinitreto de zinco e gálio foi sintetizado por meio da nitretação do ZnGa2O4 obtido pelo método dos precursores poliméricos (PP) e por reação no estado sólido (SSR). Foi estudada a influência do método de síntese do óxido precursor (ZnGa2O4) nas características do composto final ZnGaON. A cristalização do ZnGa2O4 foi observada após tratamento térmico a 1100 °C / 12 h para SSR e a 600 °C / 2 h para PP, sem a presença de fases secundárias em ambos os casos. Estas amostras mostraram diferenças no tamanho de cristalito e na área superficial em virtude do método de síntese empregado. Após a nitretação, em ambos os casos, foi obtida a fase oxinitreto ZnGaON com estrutura wurtzita, similar ao GaN. Entretanto esta fase se forma a temperaturas mais baixas quando PP é usado. A microestrutura e a área de superfície específica das amostras nitretadas foram fortemente influenciadas pelo método de síntese do precursor e pela temperatura de nitretação (42 m²g-1e 5 m²g-1 para óxidos obtidos por PP e SSR e tratados a 700 °C, respectivamente). A análise da composição mostrou uma grande perda de Zn para as amostras derivadas de PP, a qual é favorecida tanto pela temperatura de amonólise quanto pela área de superfície específica do precursor.

    Abstract in English:

    Zinc-gallium oxynitride powders (ZnGaON) were synthesized by nitridation of ZnGa2O4 oxide precursor obtained by polymeric precursors (PP) and solid state reaction (SSR) methods and the influence of the synthesis route of ZnGa2O4 on the final compound ZnGaON was investigated. Crystalline single phase ZnGa2O4 was obtained at 1100 ºC / 12 h by SSR and at 600 ºC / 2 h by PP with different grain sizes and specific surface areas according to the synthesis route. After nitridation, ZnGaON oxynitrides with a GaN würtzite-type structure were obtained in both cases, however at lower temperatures for PP samples. The microstructure and the specific surface area were strongly dependent on the oxide synthesis method and on the nitridation temperature (42 m²g-1 and 5 m²g-1 for PP and SSR oxides treated at 700 °C, respectively). The composition analyses showed a strong loss of Zn for the PP samples, favored by the increase of ammonolysis temperature and by the higher specific surface area.
  • Influence of the process variables on obtaining organoclays

    Ferreira, H. S.; Campos, L. F. A.; Menezes, R. R.; Cartaxo, J. M.; Santana, L. N. L.; Neves, G. A.; Ferreira, H. C.

    Abstract in Portuguese:

    As argilas bentoníticas, usadas como agente viscosificante e nanocompósitos, não podem ser usadas sem um prévio tratamento orgânico para que suas superfícies se tornem hidrofóbicas e possam ser dispersas em meios orgânicos. Estas argilas depois de tratadas são chamadas de argilas organofílicas, e são geralmente obtidas através da adição, em meio aquoso, de um agente organofilizante, geralmente um tensoativo, iônico, anfótero ou não iônico. O processo de organofilização, composto de várias etapas, nem sempre garante a obtenção de argilas organofílicas de boa qualidade, sendo importante destacar as variáveis de processo bem como a escolha das matérias-primas a serem utilizadas. Propõe-se então um estudo detalhado das variáveis envolvidas no processo de dispersão das argilas bentoníticas, e também no processo de organofilização procurando relacionar as viscosidades aparente e plástica das dispersões argilosas com a eficiência do processo de organofilização. O processo de organofilização será controlado pelos resultados de difração de raios X e termogravimetria. As variáveis de processo tanto envolvidas na dispersão das argilas quanto na organofilização, do ponto de vista da caracterização, não têm grande influência na incorporação do tensoativo às argilas bentoníticas, sendo influentes o tipo de argila e tensoativo e a presença de sódio como agente defloculante, o que é muito importante de vista industrial pela melhor operacionalidade das condições de processamento.

    Abstract in English:

    The bentonitic clays, used as a thickening agent and nanocomposites, cannot be used without a prior treatment for their organic surfaces to become hydrophobic and be dispersed in organic media. These clays after treatment are called organoclays and are usually obtained through the addition of an organophilization agent, usually an ionic, amphoteric or nonionic surfactant. The process of organophilization is composed of several steps, and not always ensures the provision of good quality organoclays; it is important to highlight the process variables and the choice of raw materials to be used. It is here proposed a detailed study of the process variables involved in the dispersion of bentonitic clays, and also looking of the organophilization process related with the apparent and plastic viscosities of clay dispersions with the organophilization efficiency. The organophilization process will be controlled by observing the results of X-ray diffraction and thermogravimetry. It was observed through this study that both the process variables involved in the dispersion of the clays and in organophilization's view point characterization, have no great influence on the bentonite clay surfactant incorporation, and influence the clay type and surfactant and the presence sodium as dispersant agent, which is very important to the industrial serviceability of the best processing conditions.
  • Notching of ceramics as preparation of specimens for fracture toughness measurements using the SEVNB method

    Ribeiro, S.; Atílio, I.; Oliveira, M. R.; Garcia, G. C. R.; Rodrigues, J. A.

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é apresentar uma máquina para entalhamento de corpos de prova cerâmicos, bem como a escolha e a execução do entalhamento, usando SiC sinterizado via fase líquida, com adições de Al2O3 e Yb2O3, como material experimental para ser entalhado. Foi desenvolvido e construído, junto a uma empresa de S. Carlos-SP, um equipamento que permite produzir entalhes finos em corpos cerâmicos para posterior ruptura, visando determinar K IC pelo método SEVNB. Amostras de SiC com 10% de Al2O3+Yb2O3 foram sinterizadas a 1950 ºC, retificadas e entalhadas com lâminas de barbear e pastas diamantadas de 15, 9, 6, 3, 1 e 0,25 µm. A máquina produzida para o entalhamento das amostras está em operação no DEMAR-EEL-USP e, ao que se sabe, é a primeira no Brasil. Os resultados mostraram que em função da espessura da lâmina e da granulometria do agente abrasivo, pode-se produzir entalhes com diferentes raios de curvatura de sua ponta e profundidades.

    Abstract in English:

    The aim of this work is to present a machine to produce notches in ceramic bodies as well the choice and how to make the notches. SiC-ceramics was produced by liquid phase sintering as testing material. For the liquid sintering, a mixture of Al2O3 and Yb2O3 as additives was applied. The machine was developed and built by a company sited in S. Carlos-SP. It permits to obtain narrow notches in ceramic specimens to be fractured afterwards. That is to facilitate the measurement of KICbased on the SEVNB method. Specimens of 10% of (Al2O3+Yb2O3) containing SiC were sintered at 1950 ºC. Those specimens were machined and notched using the machine and razor blades and diamond pastes of 15, 9, 6, 3, 1 and 0.25 µm of particle size. The built machine is installed at DEMAR-EEL-USP, and it is said to be the first of that type in Brazil. The results showed that depending on the thickness of the razor blade and the size of the diamond particles, it can be produced notches with distinct tip radius and notch depth values.
  • Characterization of the perovskite CaCu3Ti4O12 consolidated by field-assisted sintering

    Carvalho, E. de; Bertolete, M.; Machado, I. F.; Muccillo, E. N. S.

    Abstract in Portuguese:

    A perovskita CaCu3Ti4O12 foi consolidada pela técnica se sinterização assistida por campo elétrico. Foi investigada a influência do tempo e da temperatura de sinterização na estrutura cristalina, na microestrutura e nas propriedades dielétricas da cerâmica policristalina. As amostras foram sinterizadas entre 750 e 930 °C, por tempos de 1 a 8 min. Os pós foram calcinados a 900 °C durante 18 h. As pastilhas foram caracterizadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. O padrão da difração de raios X apresenta a estrutura do tipo perovskita e o parâmetro de rede calculado é de 7,40 Å. A densidade hidrostática aumenta com o aumento do tempo e da temperatura de sinterização. A observação das imagens do microscópio eletrônico de varredura revelam uma microestrutura heterogênea para todas as amostras. As perdas dielétricas são inferiores aos valores apresentados por outras técnicas de consolidação. A permissividade dielétrica é aproximadamente 10³ a 1 kHz. O aumento do tempo e da temperatura de sinterização torna as amostras friáveis.

    Abstract in English:

    Polycrystalline CaCu3Ti4O12 ceramics were prepared by the field-assisted sintering technique. The effects of the dwell time and temperature on structural, microstructural and dielectric properties of CaCu3Ti4O12 ceramics have been investigated. Powder mixtures were calcined at 900 ºC for 18 h before consolidation. The dwell temperatures and times range between 750 and 930 ºC and 1 to 8 min, respectively. Sintered pellets were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. X-ray diffraction patterns show evidences of a single-phase perovskite-type structure and the calculated lattice parameter is 7.40 Å. The hydrostatic density increases slightly with increasing dwell time and temperature. Scanning electron microscopy observations revealed a heterogeneous microstructure for all samples. The dielectric loss remains constant over a wide temperature range. The obtained permittivity is approximately 10³ at 1 kHz. The increase of the dwell temperature was found to produce a brittle ceramic.
  • Mathematical modeling of a rotary kiln employed in the clínker production

    Rodrigues, D. C. Q.; Soares Jr, A. P.; Costa Jr, E. F.; Costa, A. O. S.

    Abstract in Portuguese:

    Uma das principais etapas do processo de obtenção do cimento é a etapa de clinquerização, que ocorre dentro do forno rotativo. Em pleno funcionamento, o forno rotativo empregado na produção de cimento é alimentado basicamente de matéria-prima, combustível e ar. As vazões de saída são, basicamente, o clínquer e aos gases de combustão. Neste estudo, o processo de produção de clínquer por via seca é analisado, sendo a alimentação composta por 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e por pequenas quantidades de minério de ferro. O combustível empregado neste estudo é o carvão mineral. Os principais fenômenos envolvidos na obtenção do clínquer são a evaporação da água livre residual da matéria-prima, a decomposição do carbonato de magnésio, a descarbonatação, a formação da fase líquida do C3A e do C4AF, a formação do silicato dicálcico e a formação do silicato tricálcico. O objetivo principal deste estudo é a proposta de um modelo matemático que descreve o processo de obtenção do clínquer no forno rotativo. O modelo, composto por equações algébricas, foi desenvolvido por meio de balanços de massa e energia do forno. A modelagem foi implementada em linguagem de programação, empregando-se um programa comercial. A condição operacional considerada representa uma condição média adotada na indústria. O modelo proposto se mostrou satisfatório para a descrição do processo de clinquerização, sendo especialmente útil na realização da análise da demanda energética do equipamento.

    Abstract in English:

    An important stage of the cement production is the clinkerization process that occurs in the rotary kiln. Basically, the inputs of this equipment are the raw material, the fuel and the air. The output flows are basically the clinker and the combustion gases. In this study, the clinker production process by the dry process is analyzed. The considered feed of the rotary kiln is composed by 80% to 95% of lime, 5% to 20% clay and small quantities of iron ore. The fuel used in this study is coal. The main phenomena of the analyzed process are: water evaporation the residual free of the raw material, decomposition of magnesium carbonate, the carbon removal, the formation of the liquid phase C3A and C4AF, the formation of dicalcium silicate and formation of tricalcium silicate. The main objective of this study is to propose a mathematical model that describes the production process of the clinker in the rotary kiln. The algebraic model proposed was developed considering the mass and the energy balances of the system. The model was solved using a commercial program (Mathcad). The operational condition considered represents a typical condition adopted in the industry. Theobtained results describesthe analyzed systemsatisfactorily, especially the energy demand of the equipment.
  • Development of ceramic paver with kaolinitic clays, grog and argillite

    Candido, V. S.; Pinheiro, R. M.; Monteiro, S. N.; Vieira, C. M. F.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma massa cerâmica com argilas cauliníticas, chamote e argilito visando à obtenção de pavimento intertravado tipo adoquim. Inicialmente, as matérias-primas foram submetidas a ensaios de caracterização física, química e mineralógica. Corpos-de-prova cilíndricos foram preparados por prensagem uniaxial a 20 MPa e queimados em forno tipo mufla a 850 ºC. As propriedades tecnológicas avaliadas foram: absorção de água, retração diametral e resistência à compressão uniaxial. A análise microestrutural das composições foi feita por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicaram que o argilito reduziu significativamente a absorção de água e a retração das composições. O chamote reduziu a retração diametral de queima e a resistência mecânica. Quanto à absorção de água o chamote não alterou significativamente esta propriedade. A melhor formulação desenvolvida é constituída por 50% em peso de argilas e 50% de argilito.

    Abstract in English:

    This work has for objective the development a ceramic body for ceramic paver using kaolinitic clays, argillite and grog. The raw materials were submitted to physical, chemical and mineralogical tests. Cylindrical specimens were uniaxially mold-press and then fired at 850 ºC. The evaluated technological properties were: water absorption, diametral shrinkage and uniaxial compressive strength. The microstructure of the fired ceramics was evaluated by electron scanning microscopy. The results show that the argillite significantly decreased the water absorption and the shrinkage of the clayey body. The grog also decreased the shrinkage, but also decreased the mechanical strength. With respect to the water absorption, the grog did not change this property of the composition elaborated with clays and argillite. The best development formulation is constituted by50 wt.% of clays and 50% by argillite.
  • Investigation of reactivity and dissolution kinetics of metakaolin in sulfuric acid

    Lima, P. E. A. de; Angélica, R. S.; Scheller, T.; Neves, R. F.

    Abstract in Portuguese:

    Um estudo da reatividade e da cinética de dissolução do metacaulim foi desenvolvido para o caulim de cobertura de papel oriundo da região do Rio Capim, Pará. O caulim foi calcinado a 600, 700, 800, 900 e 1000 ºC por 2 h para obtenção do metacaulim e posteriormente lixiviado com ácido sulfúrico em temperaturas constantes dentro do intervalo 50-95 °C ± 3 °C. Nas lixiviações foram usadas quantidades de ácido sulfúrico correspondentes a 10% acima do valor estequiométrico em relação ao alumínio presente no material. Foram coletadas amostras, com intervalos pré-determinados a cada 15 min até tempo total de 3 h, as quais foram submetidas à análise de teor de alumínio pelo método titrimétrico com EDTA. Os resultados mostraram que a reatividade do caulim calcinado diminuiu com o aumento da temperatura de calcinação e que a cinética de dissolução do alumínio do metacaulim obtido por calcinação a 700 °C seguiu os métodos de reação homogênea utilizados: método integral, método das meia-vidas e método das velocidades iniciais. Uma energia de ativação de 96,25 kJ/mol foi encontrada bem como reação de lixiviação de primeira ordem em relação ao alumínio do metacaulim e de primeira ordem em relação à concentração ácida. Pesquisas realizadas anteriormente, utilizando excesso de um dos reagentes acima de 90% e modelos de reação heterogênea, estão em consonância com os dados encontrados neste trabalho desenvolvido com excesso de apenas 10%.

    Abstract in English:

    A study about reactivity and dissolution kinetics of metakaolin was carried out using kaolin for paper coating derived from the Rio Capim region, Pará state, northern Brazil. The kaolin was burned at 600, 700, 800, 900 and 1000 ºC during 2 h in order to obtain metakaolin, followed by leaching with sulfuric acid at constant temperatures within the 50-95 ºC ± 3 ºC range. In the leachings, amounts of sulfuric acid corresponding to 10% above the stoichiometric values were used with respect to aluminum present in the material. Samples were collected in predetermined intervals every 15 min until a total time of 3 h, which were subjected to aluminum analysis by the EDTA titrimetric method. The results showed that the reactivity of burned kaolin decreased with the increase of burning temperature and that the dissolution kinetics of aluminum from metakaolin obtained by burning at 700 ºC followed the methods of homogeneous reaction used: integral method, method of half-lives and method of initial rates. 96.25 kJ/mol of activation energy was found as well as leaching reaction of the first order with respect to aluminum from metakaolin and the first order with respect to acid concentration. Researches carried out previously, using one of the reagents with excess above 90% and models of heterogeneous reaction, are consistent with the data found in this paper developed with only 10% excess.
  • Thermodynamic analysis of stability in iron removal from kaolin by using oxalic acid

    Ocampo-López, C.; Ramírez-Carmona, M. E.; Vélez-Ortiz, E.

    Abstract in Portuguese:

    A representação gráfica da estabilidade global de um sistema, ou diagrama Proubaix, foi construída para representar um estudo termodinâmico da remoção do ferro do caulim usando ácido oxálico como um oxidante. Para isso as energias livres de formação do complexo oxalato do sistema foram calculadas, e verificou-se que a espécie Fe(C2O4)3-3 é a mais estável, com a energia livre de formação calculada -3 753,88 kcal/mol. Funções de estabilidade termodinâmica foram estimadas para o sistema em função de pH e Eh conhecido como potencial de oxido-redução. Foi construído um diagrama de estabilidade global para o sistema de remoção, que mostrou que a espécie trioxalato Fe(C2O4)3-3 é o único em equilíbrio com outros compostos associados com a remoção do ferro no caulim.

    Abstract in English:

    The graphical representation of global stability for a system, or Pourbaix diagram, was constructed to perform a thermodynamic study of iron removal from kaolin using oxalic acid as an oxidant. To do this the free energies of formation of the oxalate complex of the system were calculated, and it was found that the more stable specie is Fe(C2O4)3-3, with a calculated free energy of formation of -3753.88 kcal/mol. Thermodynamic stability functions were estimated for the system as a function of pH and Eh known as potential of oxide reduction. It was built a global stability diagram for the removal system; it showed that the specie trioxalate Fe(C2O4)3-3 is the only oxalate in equilibrium with other compounds associated with the removal of iron in kaolin.
  • Technological characterization of in nature, calcined and sulfated dolomitic limestone as means to dessulfuration

    Souza, F. de; Bragança, S. R.

    Abstract in Portuguese:

    Calcários são muito utilizados na captura das emissões gasosas sulfurosas emitidas durante a queima do carvão na geração de energia, por meio de sua injeção em caldeiras e fornalhas. A caracterização técnica deste material torna-se necessária à correta seleção e utilização de uma rocha calcária. Neste trabalho, foi realizada a análise técnica e microestrutural dessa matéria-prima, incluindo-se a caracterização dos parâmetros físico-químicos, texturais e microestruturais do calcário in natura, calcinado e sulfatado. Um calcário dolomítico foi avaliado quanto às propriedades físico-químicas, distribuição de tamanhos de partículas, área específica, volume de poros e análise em microscópio eletrônico de varredura. Por apresentar origem metamórfica, o calcário apresentou-se compacto e pouco poroso, porém após a calcinação a textura muda drasticamente, com a diminuição da densidade, aumento da superfície reativa e desenvolvimento de porosidade aberta. Estes são parâmetros fundamentais a um bom sorvente de óxido de enxofre. A fratura de partículas é gerada pela pressão interna durante a conversão dos carbonatos em óxido de cálcio e liberação do CO2 durante a calcinação. O óxido de cálcio nascente reage com óxido de enxofre, formando uma camada compacta de sulfato de cálcio, a qual reduz a área específica pelo bloqueio dos poros, causando o aumento de granulometria média e relativa, na etapa de sulfatação. A caracterização tecnológica realizada mostrou aspectos relevantes quanto à microestrutura dos calcários calcinados e sulfatados. A pressão gerada pelo CO2 durante a sulfatação, resultado da calcinação incompleta do calcário, é capaz de romper a fina camada de CaSO4, deixando poros arredondados.

    Abstract in English:

    Limestones are widely used to capture sulfur gas emissions emitted during the burning of coal in power generation through its injection in boilers and furnaces. The technical characterization of this material becomes necessary to correct selection and use of a limestone rock. In this work, the technical and microstructural analysis of this raw material, including the characterization of the limestone in nature, calcined, and sulfated was performed. A limestone was evaluated in respect to physicochemical properties, particle size distribution, surface area, pore volume and SEM analysis. The metamorphic origin of the limestone explains its compact and little porous appearance, but after calcination the texture changes dramatically, with decreasing density, increased reactive surface and development of open porosity. These are key parameters for a good sulfur oxide sorbent. The fracture of particles is generated by the internal pressure during conversion of the carbonate into calcium oxide and release of CO2 during calcination. The calcium oxide reacts with sulfur oxide forming a compact layer of calcium sulphate, which reduces the specific area by blocking the pores, causing an increase in average and relative particle size during sulfation stage. The technological characterization performed revealed important aspects about the microstructure of calcined and sulfated limestone. The pressure generated by CO2 during sulfation, resulting from incomplete calcination of the limestone, is capable of breaking the thin layer of CaSO4 leaving rounded pores therein.
  • Evaluation of the capacity of adsorption of methylene blue die in aqueous solutions in natural kaolinite and intercalated with potassium acetate

    Oliveira, S. P.; Silva, W. L. L.; Viana, R. R.

    Abstract in Portuguese:

    O presente estudo teve como objetivo avaliar a capacidade de adsorção do corante azul de metileno em soluções aquosas em caulinita natural proveniente da região de Bom Jardim de Goiás, GO e na sua forma intercalada com o composto orgânico acetato de potássio. As amostras natural e intercalada foram caracterizadas por difração e fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura e infravermelho. O processo de intercalação resultou em um aumento do espaçamento basal (d001) na estrutura do argilomineral, que pode ser verificado pela difração de raios X. A habilidade das amostras para remover o corante azul de metileno de soluções aquosas foi investigada através do método de batelada, cujos dados foram calculados pelo método não-linear através dos modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o de Sips, para ambas as amostras. Para o estudo cinético três modelos foram testados, pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Avrami. Para ambas as amostras o modelo de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais. A capacidade máxima de adsorção atingida pela amostra intercalada foi de 79,34 mg.g-1 e para natural foi de 72,14 mg.g-1. Estes valores mostram que as amostras de caulinita natural e intercalada podem ser consideradas como bons adsorventes, na remoção do corante azul de metileno em meios aquosos.

    Abstract in English:

    The present study aimed to evaluate the adsorption capacity of methylene blue dye in aqueous solutions by natural kaolinite from the region of Bom Jardim de Goiás, GO, Brazil, and its form intercalated with the organic compound potassium acetate. The natural sample and intercalated were characterized by diffraction and X-ray fluorescence, scanning electron microscopy and infrared. The intercalation process resulted in an increase in the basal spacing (d001) in the clay mineral structure, which may be verified by X-ray diffraction. The capacity of samples to remove methylene blue from aqueous solutions was investigated by the batch method and the data were calculated by the non-linear method using model the Langmuir, Freundlich and Sips. The model that best fitted the experimental data was the Sips for both samples. For kinetic studies have been tested three models, pseudo-first order, pseudo-second order, and Avrami. For both samples the Avrami model was the best fit to the experimental data. The maximum adsorption capacity reached by the intercalated sample was 79,34 mg.g-1 and natural was of 72,14 mg.g-1. These values show that natural and intercalated kaolinite may be considered good adsorbents to the removal of methylene blue dye in aqueous medium.
  • Influence of diopside: feldspar ratio in ceramic reactions assessed by quantitative phase analysis (X-ray diffraction - Rietveld method)

    Kuzmickas, L.; Andrade, F. R. D.; Szabó, G. A. J.; Motta, J. F. M.; Cabral Jr, M.

    Abstract in Portuguese:

    Foram produzidas cerâmicas brancas com matérias-primas preparadas com proporções variáveis de rocha rica em diopsídio (0 a 20% em peso) e feldspato potássico (40 a 20% em peso), e proporções fixas de caulinita (40% em peso) e quartzo (20% em peso), queimadas em temperatura entre 1170 e 1210 ºC. As fases identificadas nas cerâmicas experimentais foram quartzo, anortita, mulita e vidro, e suas proporções relativas em massa foram determinadas por difração de raios X (método de Rietveld). A adição de diopsídio em substituição parcial do feldspato potássico causa a formação nas peças cerâmicas de um silicato de cálcio análogo à anortita (CaSi2Al2O8), com uma redução proporcional dos teores de vidro e mulita. A absorção de água e a porosidade das peças cerâmicas diminuem com o aumento da temperatura de queima, enquanto que o efeito da composição das matérias-primas nas propriedades físicas e mecânicas dos corpos cerâmicos é menos evidente. A rocha rica em diopsídio tem baixo teor de ferro(1,5% em peso de Fe2O3) e, portanto, promove uma queima branca.

    Abstract in English:

    White ceramics were produced with raw mixtures prepared with varying proportions of diopside-rich rock (0 to 20 wt.%) and potassic feldspar (40 to 20 wt.%), and fixed proportions of kaolinite (40 wt.%) and quartz (20 wt.%), fired in a temperature range from 1170 to 1210 ºC. The phases identified in the experimental ceramics were quartz, anorthite, mullite and glass, and their relative mass proportions were determined by X-ray diffraction (Rietveld method). The addition of diopside as a partial substitute for potassic feldspar causes the formation of a calcium silicate, analogous of the natural anorthite (CaSi2Al2O8) in the ceramics, with proportional reduction in its glass and mullite contents. Water absorption and porosity of the ceramic bodies clearly decrease with increasing firing temperature, while the effect of the raw mixture composition on the physical and mechanical properties of the ceramics is less evident. Diopside-rich rock has low iron content (1.5 wt.% Fe2O3) and, therefore, promotes white burning.
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