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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSECurso de Tecnologia em CerâmicaTrabalho de Conclusão de CursoESTUDO para reaproveitamento de rejeito cerâmico na produção de engobesPedro Luiz Troes VelhoAdriano Michael Bernardin, DR. Eng. 1Resumo: Este artigo reporta os resultados de pesquisa referente ao reaproveitamentode lodo de estação de tratamento de efluentes de uma indústria de revestimentoscerâmicos pela adição do lodo em um engobe industrial. O reaproveitamento tem comofinalidade a redução dos custos de produção do engobe, a diminuição de rejeitos quesão enviados a aterros e, conseqüentemente, a diminuição de um considerável impactoambiental. Foram realizados testes preliminares em laboratório para a implantação emescala fabril de produção, sendo formuladas misturas do lodo com o engobe padrão deprodução, em percentuais de 25 a 100% em massa. Para cada mistura foramdeterminadas a composição química (FRX e AAS) e o comportamento térmico(dilatometria óptica). Após os ensaios preliminares, foi determinada a adição de 25% dolodo ao engobe para teste industrial, sendo então o lodo aplicado a peças de semi-gréssegundo um ciclo industrial padrão de 35 minutos. As peças queimadas foramensaiadas quanto à determinação da marca da água, aspecto superficial, resistênciaquímica, resistência a manchas, resistência ao riscado Mohs, absorção de água,resistência ao gretado, e expansão por umidade. Os resultados obtidos com aincorporação de até 25% de resíduos foram comparáveis aos resultados com o engobepadrão.Palavras-chave: resíduo, engobe, reciclagem, revestimentos cerâmicos.1. IntroduçãoAo longo da existência do homem os recursos naturais do planeta foram utilizados semnenhuma preocupação, gerando resíduos, pois aqueles eram consideradosabundantes. A partir do século XVIII surgiram as indústrias, cujo principal objetivo era ocrescimento da produção a qualquer custo e a curto prazo; deste modo, novosprocessos produtivos foram desenvolvidos, aumentando muito a exploração de1 professor orientador

coroas, com uma produção de até 10 t/h e uma umidade da massa granulada entre 5 e8% (em massa). O pó obtido é armazenado em silos durante um tempo suficiente paraa sua homogeneização. Na prensagem busca-se, além da conformação das peças, aredução da porosidade interna. Cada pressão específica depende do tamanho da peçaque será compactada (ZACCARON, 2005).A secagem tem como finalidade deixar uma mínima umidade nas peças. Os secadoresnormalmente têm um ciclo de vinte minutos, com uma temperatura de até 350°C. Emseguida as peças passam pela decoração, onde o engobe e o vidrado são aplicadospor discos ou por campânula, com uma camada de aproximadamente 15g. Para peçasespeciais como os “listelos” podem ser aplicados os “esfumatos” antes que as peçassejam queimadas em forno a rolos a uma temperatura entre 1100 e 1180°C e um ciclode 25 a 35min. Finalmente, é feita a classificação das peças sob um controle dequalidade pré-estabelecido por norma (NBR 13818), e então as peças são levadas paraa expedição (ZACCARON, 2005).Na etapa de decoração cerâmica são aplicadas as camadas de cobertura, o engobe e ovidrado, e a decoração propriamente dita. Os vidrados são definidos como líquidos dealtíssima viscosidade sub-resfriados, que na temperatura ambiente têm aparência desólidos devido a sua rigidez mecânica, dada pela elevada viscosidade. Os vidrados sãoobtidos por fusão de determinadas substâncias capazes de formar vidro, seguido doresfriamento, ou seja, passa-se de uma estrutura cristalina para uma amorfa, ou misturadas duas fases (PRACIDELLI, 2008). O engobe é uma cobertura aplicada sobre ocorpo cerâmico em estado cru ou queimado. É constituído por uma mistura de argilas,caulins, materiais não plásticos como quartzo, feldspatos, sienitas, fritas fundentes, ealgumas vezes pigmentos cerâmicos. Tem como finalidade eliminar defeitos superficiaisdo corpo cerâmico, possibilitando melhor superfície do vidrado, mudar a cor do corpocerâmico, diminuir as degaseificações produzidas por decomposições no corpocerâmico através do vidrado em monoqueima e isolar a camada de vidrado do corpocerâmico, a fim de eliminar as reações de decomposição que o vidrado fundido provocanos componentes da massa e as degaseificações que as acompanham. A diferençafundamental entre o engobe e o vidrado é a quantidade reduzida de fase líquida que seforma no engobe e a temperatura de queima que depende de sua composição química.

O engobe assegura a constância das cores, independente da cor e qualidade da basecerâmica (suporte): aplica-se o engobe como camada intermediária lisa, branca eligeiramente fundente (PRACIDELLI, 2008).Desta forma, o desenvolvimento deste trabalho teve como objetivo a utilização deresíduos industriais na produção cerâmica, diminuindo assim o consumo de matériaprimanatural, protegendo-se o meio ambiente de novas agressões. Neste estudo foiutilizado o lodo gerado na ETE (Estação de Tratamento de Efluentes) da empresaCerâmica Artística Giseli para reutilizá-lo novamente na produção de engobe utilizadona fabricação de listelos.2. Materiais e MétodosO desenvolvimento do trabalho foi realizado com a utilização do resíduo industrial dodecantador da estação de tratamento de efluentes da empresa Cerâmica ArtísticaGiseli, denominado lodo. O lodo foi incorporado em percentuais mássicos de 25, 50, 75e 100% em um engobe cerâmico utilizado na fabricação de peças especiais.2.1. Caracterização das formulaçõesO lodo foi caracterizado pelas técnicas de análise química por fluorescência de raios X(FRX) e seu comportamento térmico por dilatometria ótica (microscopia ótica). Para aanálise química por FRX as amostras foram preparadas como pérola fundida, utilizandoespectrometria por dispersão de comprimentos de onda (WDS, Philips PW2400). Oelemento boro foi determinado pela técnica de absorção atômica em chama (AAS), poisnão pode ser detectado pela técnica de FRX.A dilatometria ótica das amostras foi realizada em corpos-de-prova prensados(20kgf/cm²) com 7% de umidade, com dimensões de 4mm de diâmetro por 2mm dealtura. O ensaio foi realizado com taxa de aquecimento de 10°C/min, de 20°C a 1400°C,utilizando-se a técnica de microscopia de aquecimento (MISURA HT).

2.2. Preparação do engobe para teste industrialApós a análise dos resultados de caracterização das formulações, foi definido opercentual de 25% em massa de lodo a ser introduzido no engobe. A formulação 25%lodo/75% engobe foi homogeneizada a úmido em moinho industrial de 1500L durante1h, sendo em seguida descarregada em malha 325 ABNT para resíduo, o escoamentoem copo Ford nº 4 e a densidade em picnômetro 100ml. O engobe obtido foi aplicadoem escala semi-industrial em peças especiais tipo “listelo” (25cm x 8cm x 6mm) poraplicação a disco (24 lâminas tipo FM). Foram aplicadas 1000 peças. O ciclo do fornofoi de 35 minutos Com uma máxima temperatura de patamar de 1150 ºC. Amostras dolistelo aplicado com o engobe teste foram caracterizadas segundo a norma NBR13818/1997 para as seguintes propriedades: Determinação das característicasdimensionais e do aspecto superficial; determinação da resistência química;determinação da resistência a manchas; medidas da resistência ao riscado Mohs;determinação da absorção de água; determinação da resistência ao gretado; edeterminação da expansão por umidade. Além destes ensaios foi realizada adeterminação da marca d’água (ensaio realizado segundo procedimento interno SENAIPR CC 117). Todos estes ensaios foram realizados no SENAI Criciúma entre os dias03/02/2010 e 09/04/2010.Além disso, foram avaliados os aspectos estéticos como cor, textura e brilho desuperfície. A cor e o brilho foram determinados pela técnica de espectrofotometria,utilizando-se um espectrofotômetro com geometria esférica d-8 (BYK-GARDNER) comleituras entre 400nm a 700nm, ângulo de observação de 10° e iluminante D65. O brilhofoi determinado utilizando-se o mesmo equipamento, mas com ângulo de reflexão de60°. A textura foi determinada visualmente.2.3. Teste em escala piloto e implantação industrialEm seguida foi feito um teste piloto em linha de produção para a avaliação final. Adefinição de teste piloto é a fase posterior a da semi-industrial, realizada em uma linhade produção normal. Após todas as análises dos resultados do teste semi-industrial eescala piloto preliminares, ocorre a última etapa, chamada de implantação. A partir dos

esultados do teste semi-industrial, definiu-se o percentual de 25% de incorporação dolodo na formulação do engobe para utilização em escala normal de produção.3. Resultados e Discussões:Os resultados da caracterização química do resíduo industrial (o lodo da ETE), doengobe de produção e das formulações são apresentados na tabela 1.Tabela 1. Análise química (FRX e AA) das formulações de engobe usando lodo de ETE(%)Amostra 100% engobe 25% lodo 50% lodo 75% lodo 100% lodoSiO2 60,9 57,5 56,7 55,8 54,3Al2O3 12,8 12,3 12,1 11,7 11,3ZrO2 13,2 10,7 9,3 7,6 5,9CaO 2,4 3,5 4,7 6,1 7,4MgO 1,8 1,7 1,6 1,6 1,5B2O3 1,6 1,9 2,0 2,5 3,1Na2O 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4K2O 1,1 1,3 1,6 2,0 2,4Fe2O3 0,2 1,6 1,7 1,81 1,9ZnO 0,8 3,3 4,0 4,7 5,6PF a 3,3 3,0 2,9 2,9 2,7a PF=perda ao fogoFonte: Autor, 2010.Deve ser observado que a análise química foi feita com o composto do engobe, ou seja,o engobe formulado com frita, caulim e areia de zircônia. Desta forma, os resultadossão aproximados. Pode-se perceber que o engobe é formado majoritariamente porsílica, formadora de vidro, e apresenta grande quantidade de alumina e zircônia. Ambasapresentam como característica elevada refratariedade, e, além disso, a zircônia éutilizada para branquear o engobe. Os óxidos fundentes somados ao óxido de boro(~8%) tornam o engobe impermeável à ação da água.

O lodo é proveniente da lavação do piso do setor de esmaltação, ou seja, é compostopor resíduos de todas as tipologias de vidrados e engobes da empresa. É tambémformado majoritariamente por sílica, apresentando grande quantidade de alumina emenor teor de zircônia que o engobe. Apresenta maior quantidade de óxidos fundentessomados ao óxido de boro (~15%) que o vidrado, tornando-o mais fundente. As demaisformulações apresentam composições intermediárias.Os resultados da caracterização térmica do resíduo industrial (o lodo da ETE), doengobe de produção e das formulações são apresentados na tabela 2.Tabela 2. Temperaturas características (dilatometria ótica) das formulações de engobeusando lodo de ETE (°C)Temperatura (°C) 100% lodo 75% lodo 50% lodo 25% lodo 100% engobeSinterização 929 976 1078 1099 1128Amolecimento 962 1101 1109 1222 1170Esfera 1193 1213 1260 1303 1303Meia Esfera 1284 1293 1358 1378 1378Fusão 1359 1356 1393 1397 1397Fonte: Autor, 2010.Analisando-se os resultados do ensaio de dilatometria ótica, tabela 2, percebe-se que oengobe é mais refratário que o lodo e que todas as demais formulações. Tanto atemperatura de sinterização quanto as de amolecimento, esfera, meia esfera e de fusãodo engobe são maiores que as do lodo, alterando significativamente o comportamentotérmico das formulações lodo/engobe, o que altera as condições de queima do engobena empresa. Desta forma, optou-se pela adição de somente 25% de lodo ao engobe.Analisando-se as tabelas 1 e 2 em função da porcentagem de lodo adicionado aoengobe, percebe-se a considerável variação dos resultados com a queima, significandoque a adição de até 25% do lodo no engobe não altera substancialmente essas

propriedades de interesse para produção do engobe. Por outro lado mostra que umaredução do teor de engobe em todas as composições implicará em uma diminuição degastos, tabela 3.Tabela 3. Composição do engobe padrão e do engobe modificado (25% lodo) segundoparâmetros de processamento da empresaComposição (%) Engobe padrão Engobe 25% lodoArgila branca 15 13Zircônia 16 15Feldspato branco 10 8Frita transparente 53 47,25Quartzo 3 -Alumina 3 3Lodo (úmido) - 13,75Água 40 40140 140Fonte: Autor, 2010.O engobe formulado a partir da adição de 25% de lodo foi preparado de acordo comparâmetros de processamento industrial da empresa, como mostra a tabela 4. Pode-seperceber que não há variação significativa entre os parâmetros industriais e deformulação para o engobe modificado (25% adição de lodo). Desta forma, percebe-seque é possível substituir ou diminuir alguma matéria-prima por lodo industrialmenteutilizado para produzir engobe de boa qualidade.Tabela 4. Parâmetros de processamento da empresa para o engobe padrão e o engobemodificado (25% lodo)

ParâmetroEngobe padrão Engobe 25% de lodoDensidade (g/cm3) 1,80 1,80Tempo de escoamento (s) 20,8 23,2Resíduo (%) 2,25 2,15Fonte: Autor, 2010.Mesmo não existindo variações significativas entre os parâmetros dos engobes padrãoe formulado, percebe-se que a suspensão do engobe modificado apresenta maiortempo de fluxo, com aumento de 11,5%. Isso indica que a viscosidade é maior,necessitando de cuidados durante sua aplicação ou mesmo sua modificação por meiode adição de água ou defloculantes para evitar defeitos de superfície.A tabela 5 mostra a caracterização de algumas propriedades, segundo a norma NBR13818/1997, das placas cerâmicas fabricadas industrialmente com a utilização doengobe com adição de 25% de lodo. Os resultados mostram a média de cinco corposde-provapara cada ensaio realizado.Tabela 5. Características das placas cerâmicas fabricadas com engobe com adição de25% de lodo segundo a norma NBR 13818/1997EnsaioResultado do ensaioResistência química HCl 3%= GLA Ácido cítrico (100g/L)=GLAResistência a manchas Ação penetrante= Ação oxidante= 55Resistência ao riscado 6MohsAbsorção de água 5,6Mancha de águaClasse AResistência ao gretado Não gretou em três ciclosExpansão por umidade 0,05mm/m, com máximo de 0,1mm/mFonte: Autor, 2010.NaOH (30g/L)= GLAFormação de película=5

Analisando-se os resultados da tabela 5, a classe GLA designa um produto esmaltado(G=glazed), atacado com produtos químico de baixa concentração (L=low), sendo queo produto não sofreu efeitos visíveis do ataque químico (classe de resistência químicaA). A classe de limpeza 5 corresponde à maior facilidade de remoção da mancha. Adureza 6 na escala Mohs corresponde à dureza do feldspato. Para absorção de águade 5,6% o produto corresponde ao grupo Blla, 3

engobe padrãoengobe formuladoFigura 1. Curva espectral para o engobe com 25% de lodo em comparação com a curva espectral doengobe padrãoFonte: AUTOR, 2010.4. Considerações FinaisOs resultados comprovam ser perfeitamente viável a utilização de resíduos da ETE(lodo), este que é feito lotes de 3000 kg antes de ser liberado como matéria-prima noprocesso de fabricação de revestimentos cerâmicos. Além disso, o processo para atransformação do resíduo é compatível com as plantas cerâmicas atuais, viabilizandosua introdução na indústria sem modificações nos layouts. Outra observação relevanterefere-se ao limite máximo permitido de adição de lodo ao engobe, sem provocarmodificações significativas nas propriedades finais do produto queimado, o que torna aplanta de reaproveitamento compatível com a quantidade de lodo gerado.A reintrodução de até 25% de lodo no engobe não acarreta alterações significativas nascondições de processamento e nas características do produto final. Esta solução dereciclagem constitui um recurso interessante de reaproveitamento do resíduo gerado,evitando despesas de transporte e deposição em aterro sanitário e reduzindo oconsumo de recursos minerais e naturais.

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