Os problemas estéticos que mais preocupam os fabricantes de materiais extrudados nobres, tais como coberturas, "face à vista", pavimentações e decoração urbana são essencialmente dois: as eflorescências e as "calcificações". Para o que se refere às eflorescências, existe uma bibliografia bastante ampla sobre a sua origem e sobre os efeitos decorrentes delas, como também sobre as operações que possam limitar o seu aparecimento. Efetivamente, este tipo de defeito não é decorrente das matérias primas, mas sim de outros fatores, entre os quais a água utilizada na fabricação dos manufaturados ou as argamassas caso se trate de um produto queimado que exija uma ancoragem à base de cimento.
Muitas vezes se trata de um problema temporário e de avaliação objetiva não fácil, tanto é que também foram propostas técnicas artificiais que independem da capacidade de avaliação do olho humano. Pelo contrário, a origem da calcificação está vinculada exclusivamente às matérias primas e as conseqüências são muito mais graves: de fato, pode provocar uma desclassificação permanente de boa parte da produção, desqualificar o material aos olhos dos clientes, arrastar as empresas em causas legais bastante caras e denegridoras da sua imagem, com o resultado final de provocar danos cujas conseqüências podem ser, às vezes, dificilmente recuperáveis.
Algumas vezes, situações limites levaram a optar por soluções que se demonstraram fatalmente erradas, como aconteceu com uma fábrica de telhas que, por estar tão obsecada pelo problema das "calcificações", adotou uma moagem a úmido com atomização da barbotina seguida por posterior reumidificação dos pós.
À parte o ônus econômico representado pela nova planta e os custos adicionais necessários para o seu gerenciamento, o sistema nunca funcionou porque a fineza das partículas que constituíam o atomizado era capaz de impedir o controle da coluna extrudada e de todos os processos seguintes de transformação.
Além disso, não se deve esquecer que, em casos extremos de presença muito elevada de "calcificações" com distribuição em toda a massa, pode-se até mesmo chegar à destruição dos próprios manufaturados com a fragmentação deles em vários pedaços. Naturalmente, nestes casos o problema vai muito além do defeito estético e assume grande importância em qualquer tipo de material extrudado. Este documento tem a finalidade de chamar a atenção dos "operadores" para o problema da presença dos nódulos de cal, analisar respectiva origem, verificar o respectivo comportamento e propor soluções eficazes.
Apesar de, tradicionalmente, se acreditar que sejam causados por fragmentos calcários (CaCO3), é mais provável que possam derivar também de dolomitas (carbonato de cálcio e magnésio) e, se tomarmos como ponto de referência o efeito que provocam na superfície das peças, também o gesso (sulfato de cálcio diidratado) passa a fazer parte dos minerais suspeitos.
Os clássicos "nódulos de cal" de origem calcária derivam dos fragmentos presentes nas matérias primas argilosas e arenosas, tais como:
Trata-se das mesmas condições presentes na formação das rochas calcárias e dolomíticas (onde se tem uma substituição parcial do cálcio pelo magnésio presente nas soluções marinas) porém, neste caso, os aportes sedimentários são marginais e não fundamentais. Relativamente ao gesso, ele pode estar presente disperso no terreno argiloso em cristais bem formados e também de dimensões significativas ou constituir verdadeiros níveis de separação (de alguns milímetros) entre camadas consecutivas.
Durante o estudo, foram analisadas as seguintes amostras de materiais fragmentados:
Fragmentos de conchas carbonáticas (CSH) |
|
|
Análises termogravimétricas (TGA)
Fragmentos de conchas carbonáticas (CSH) |
|
|
Fragmentos de gesso (G) |
|
|
| Todas as curvas, com a única exceção da 1/G (tal e qual secado) não mostraram perdas de peso e sobrepõem-se perfeitamente à linha 21/G indicada. |
OBSERVAÇÕES
AMOSTRAS DE CALCÁRIO (CC)
Os resultados das análises DTA e TGA da matéria prima tal e qual secada (a 110°C) apresentam os clássicos andamentos com reações endotérmicas e perdas de peso que começam a cerca de 800°C para terminarem a cerca de 950°C. A amostra de material queimado a 900°C e com posterior permanência, sempre protegido, em secador a 110°C, mostra mais uma pequena reação endotérmica (DTA) entre 450 e 500°C, à qual corresponde uma pequena perda de peso determinada na análise TGA.
A pirólise permanece ainda bem visível (quase como no material tal e qual), o que indica como a queima a 900°C tenha envolvido apenas uma parte marginal deste processo e que a reação ainda estivesse bem longe da sua conclusão. A mesma amostra exposta ao ar úmido mostra um claro aumento de intensidade da reação entre 450 e 500°C. Parecida é a curva de dissociação dos carbonatos, apesar da perda de peso ser um pouco inferior.
O material queimado a 1000°C mostra a mesma reação entre 450 e 500°C e um sinal quase imperceptível de pirólise de eventuais carbonatos residuais. O mesmo material, deixado ao ar úmido, apresenta uma TGA com uma grande perda de peso entre 450 e 500°C, acompanhada de uma curva endotérmica muito intensa na DTA.
Os fenômenos de pirólise de temperatura bem mais alta são reduzidos relativamente ao material tal e qual, mas sempre bastante visíveis. A DTA mostra ainda uma curva exotérmica de intensidade extremamente reduzida perto de 350°C, que também era somente perceptível na amostra queimada a 900°C e exposta ao ar, imputável a uma passagem de fase cristalina.
CONCHAS (CSH)
A DTA da amostra tal e qual apresenta uma curva endotérmica de grande intensidade que se manifesta um pouco antes de 800°C até depois de 900°C. Em correspondência desta curva, a TGA mostra uma grande perda de peso, enquanto que a mesma abaixo de 800°C é quase transcurável e provavelmente causada por uma mínima presença de substâncias vegetais.
A DTA da amostra queimada a 900°C e depois protegida, mostra uma pirólise dos carbonatos bastante reduzida e uma segunda pequena curva endotérmica perto de 450°C. A TGA indica uma perda de peso somente na fase correspondente à dissociação dos carbonatos residuais.
No caso do material queimado a 900°C e deixado ao ar, a DTA apresenta uma grande curva endotérmica de média temperatura, com pico ao redor de 500°C, à qual corresponde uma perda de peso importante na TGA; a da dissociação do CaCO3 é reduzida e deslocada em cerca de 100°C em direção de temperaturas inferiores. A DTA das amostras queimadas a 1000°C e depois protegidas, mostra apenas duas curvas endotérmicas, quase imperceptíveis, ao redor de 450°C e 700°C.
A TGA quase não mostra perdas de peso. A DTA e a TGA das amostras queimadas a 1000°C e não protegidas, são uma repetição, porém mais acentuada, das análises das amostras queimadas a 900°C e deixadas ao ar.
DOLOMITA (D)
A DTA da amostra tal e qual mostra uma típica curva endotérmica dupla entre 780 e 930°C.
A TGA indica uma grande perda de peso (dividida em dois tempos) que começa antes de 500°C e termina antes de 900°C.
As amostras queimadas a 900°C e não novamente expostas ao ar mostram duas reações endotérmicas a 400/450°C e a 750/780°C. As mesmas, novamente expostas ao ar, apresentam curvas bem semelhantes. As amostras queimadas a 1000°C e protegidas têm praticamente somente as reações de baixa temperatura.
A amostra exposta ao ar 32/D apresenta um andamento que se sobrepõe ao da amostra 22/D e são visíveis, também nestes casos, pequenos picos exotérmicos entre 300 e 350°C vinculados à passagem de fase cristalina.
GESSO (G)
A amostra tal e qual apresenta, na análise DTA, uma importante reação endotérmica ao redor de 200°C, com uma grande perda de peso (transformação em gesso hemiidratado), e uma exotérmica ao redor de 400°C (transformação em anidrido).
Na TGA, toda a perda de peso acontece até 200°C. As curvas TGA e DTA de todas as outras amostras (queimadas protegidas e não) apresentam um andamento plano.
ITOS NA PRODUÇÃO DE EXTRUDADOS
O conhecido e clássico "efeito calcificação" é representado pelo esfarelamento da camada de argila queimada que a separa da superfície do manufaturado. Para que o fenômeno possa acontecer, é preciso que estejam presentes as seguintes condições:
-
Que o fragmento original carbonático tenha se transformado (pelo menos parcialmente) em CaO
-
Que as suas dimensões sejam superiores a 0,5 mm
-
Que casualmente venha a se encontrar perto da superfície do material queimado, mas coberto por não mais do que 1 – 3 mm de argila sinterizada.
O óxido de cálcio em contato com a umidade atmosférica passa a Ca(OH)2 com uma reação que comporta um aumento um pouco menos do que o dobro do volume inicial do corpúsculo. Isso causa evidentemente uma elevada pressão no corpo cerâmico com o desabamento da parede mais frágil, ou seja, da que o separa da superfície externa mais próxima. A força exercida é proporcional ao quadrado do seu raio; portanto, um fragmento de 2 mm tem um efeito 16 vezes superior ao causado por um fragmento de 0,5 mm.
Em vários textos lê-se que para reduzir o efeito calcificação é conveniente proceder a uma sinterização mais intensa do material queimando-o a temperaturas mais altas e com ciclos mais longos. Este conselho parte evidentemente da consideração que uma sinterização mais forte favorece as reações do óxido de cálcio com a sílica presente, levando à formação de novos minerais (tais como a wollastonita), com o resultado de eliminar o óxido de cálcio e englobá-lo em um novo elemento. Infelizmente, se esta consideração é verdadeira para os carbonatos presentes em forma muito fina e, portanto, bastante reativa, o mesmo não se pode dizer para os corpúsculos de dimensões maiores, como são os nódulos de cal.
Pelo contrário, como se pode observar claramente nas análises térmicas do calcário, das conchas e, apesar de em medida reduzida, da dolomita, as amostras queimadas a 1000°C e deixadas ao ar úmido mostram reações endotérmicas e perdas de peso a 500°C muito mais importantes do que as amostras que foram queimadas a somente 900°C com pirólise dos carbonatos muito incompleta.
Esta reação, por estar vinculada à transformação do Ca(OH)2 em CaO, tem portanto uma importância quantitativa na presença de cal hidratado e, logo, se as características gerais dos materiais queimados o permitirem (sobretudo as mecânicas), é conveniente queimar com a temperatura mais baixa possível.
Para evitar o "efeito calcificação", seria conveniente evitar que fosse atingido o nível térmico que dá início à pirólise dos carbonatos. A importância deste comportamento é certamente superior à suposta diminuição de reatividade dos nódulos de cal que derivaria de uma sinterização mais forte e, portanto, de corpúsculos mais densos. As curvas das análises térmicas mostram ainda que também as amostras cuidadosamente protegidas da umidade depois da queima apresentaram uma reação endotérmica reduzida perto de 450°C. Este comportamento sublinha a facilidade e a rapidez que caracterizam a hidratação do óxido de cálcio. Para o que se refere à dolomita, fica bem evidente que as reações térmicas em temperatura média são nitidamente inferiores às dos carbonatos.
Esta característica está em conformidade com o comportamento do óxido de magnésio que resulta muito menos hidratável do que o óxido de cálcio. Para o que se refere à periculosidade do "efeito calcificação", a eventual presença de dolomita é preferível à presença de calcita.
Por fim, o comportamento do gesso é claramente diferente do comportamento dos carbonatos; não estão presentes fenômenos de reabsorção, pelo que se pode excluir que possa causar o "esfarelamento" típico da calcificação. Todavia, no caso de se encontrar na superfície à vista dos manufaturados, pode causar um considerável dano estético pela sua cor, geralmente muito branca, que aparece com grande evidência.
POSSÍVEIS INTERVENÇÕES
O tratamento mais clássico é constituído pela imersão em água dos manufaturados assim que são queimados para obter uma solubilização parcial dos nódulos de cal com a criação de um espaço suplementar muitas vezes suficiente para conter, sem danos, o aumento de volume que comporta a hidratação. Neste caso, a água deve ser substituída com uma certa freqüência porque uma eventual saturação dela com o cal iria inibir a ação solubilizante. Esta intervenção é adotada tipicamente pelos fabricantes de "cotto toscano" que empregam as argilas escamosas da região do Chianti para evitar danos substanciais na estrutura dos manufaturados que, diferentemente, teriam o risco de se transformar em um conjunto de fragmentos informes.
A mesma operação, em escala artesanal, é feita também pelos pedreiros mais cuidadosos durante a construção de paredes com tijolos "face à vista". Neste caso, a imersão em um recipiente contendo água serve para acelerar a hidratação e, portanto, o eventual "esfarelamento" de fragmentos das superfícies. As peças danificadas são eliminadas e a substituição fica geralmente a cargo do fabricante. Um outro sistema utilizado é a adição, durante o processo de secagem, de uma pequena quantidade (2 – 5%) de cloreto de sódio que se depositará sobre a superfície dos manufaturados. Desta maneira, o sal se decompõe durante a queima, reagindo com a argila e os carbonatos, e formando um composto silicático que irá ligar os nódulos de cal presentes nas imediações da superfície das peças.
Todavia, ambos os tratamentos têm contra-indicações: o primeiro aumenta o fenômeno da eflorescência e o segundo provoca uma agressão nas paredes dos fornos. Antes destas operações feitas nos produtos queimados, existem outras medidas capazes de resolver o problema radicalmente, entre as quais a substituição da matéria prima que aporta os "nódulos de cal" ou a intervenção direta na pedreira através da eliminação dos níveis que contém os materiais contaminantes. Infelizmente, nem sempre é possível fazer estas seleções e também, muitas vezes, não existem alternativas reais ao emprego de matérias primas contaminadas.
Por outro lado, eficaz e que resolve realmente o problema é o emprego de um processo de preparação que leve à redução drástica dos fragmentos carbonáticos a dimensões não superiores a 0,2 mm.
SOLUÇÕES NA PLANTA DE PREPARAÇÃO
Boa parte das indústrias de cerâmica vermelha, incluindo as que produzem os manufaturados com maior valor agregado, estão equipadas com plantas tradicionais que prevêem a utilização de um laminador refinador com a função de moinho de acabamento.
O tamanho limite dos fragmentos tenazes que atravessam esta máquina é teoricamente representado pela distância entre os rolos e, portanto, pelo espaço deixado que, de qualquer maneira, não pode ser inferior a 0,6-0,8 mm.
Este tamanho ainda não seria suficiente para excluir totalmente o problema dos nódulos de cal, mas seria certamente útil para o reduzir de maneira sensível. Infelizmente, este espaço mínimo é absolutamente teórico pelos seguintes motivos:
• Partículas de forma achatada, tais como, por exemplo, fragmentos de conchas ou de deposições carbonáticas, fraturas de rochas-mãe que conseguem passar intactas, apesar de terem um tamanho muito maior.
• Os rolos, especialmente quando tratam matérias primas contendo quartzo grosseiro, ficam sujeitos a um desgaste muito mais rápido que leva à formação de verdadeiros sulcos com grande aumento das dimensões do espaço livre.
• Freqüentemente, os próprios rolos são protegidos por um sistema que, no caso de presença de litóides tenazes, comanda um seu afastamento instantâneo, permitindo a passagem de fragmentos que, do contrário, permaneceriam presos e danificariam o laminador.
granulometria que, vista a elevada umidade do material laminado, iria funcionar em todos os casos com resultados bastante modestos. Portanto, para resolver o problema da calcificação, esta solução na planta de preparação apresenta limites significativos de confiabilidade.
Destas considerações deriva a importância de utilizar um sistema de moagem a seco que represente, em primeiro lugar, um processo com controle dos resultados e é importante sublinhar que esta planta pode tratar matérias primas com teor de umidade inicial que pode chegar a até 30% desde o material passe previamente por um secador capaz de reduzir o nível de umidade das argilas a até 18%, permitindo assim que o Moinho MOLOMAX possa moer com o rendimento máximo.
O processo tecnológico da Manfredini & Schianchi DRY-TECH HEAVYCLAY prevê fundamentalmente o emprego de um Moinho Pendular de acabamento MOLOMAX equipado com separador estático ou dinâmico. Em alguns casos, é possível introduzir como moagem primária um Moinho de Martelos PIG, obtendo desta maneira e já nesta etapa, uma percentagem de pó passante entre 60% e 80%.
Na etapa seguinte, o material é introduzido na câmara de moagem do Moinho Pendular MOLOMAX por intermédio de uma rosca sem fim dosadora ou de uma esteira de pesagem e o procedimento de moagem acontece exclusivamente pelo esmagamento do produto feito por alguns rolos rotativos contra uma pista circular fixa As partículas são então impulsionadas para cima, na parte superior do moinho, por um fluxo de ar produzido por um ventilador centrífugo.
A separação entre as partículas e o ar pode ser feita de duas maneiras diferentes:
-
Mediante um ciclone, determinando um circuito "fechado" moinho-ciclone-ventilador.
-
Mediante um filtro de mangas, com um circuito "aberto" moinho-filtro-ventilador.
A característica técnico-funcional do sistema inovador com circuito "aberto" é o de movimentar o material que acabou de ser moído com uma forte e imediata ação aspirante. Esta solução permite reduzir drasticamente os tempos de permanência do material dentro da câmara de moagem, com uma conseqüente economia tanto no consumo elétrico, como no desgaste dos órgãos de moagem, e com um aumento significativo da capacidade produtiva horária (até mesmo de 100%!).
O Processo Tecnológico da Manfredini & Schianchi DRY-TECH HEAVYCLAY pode gerenciar a secagem das matérias primas com um consumo térmico muito eficiente que nunca ultrapassa as 650 kcal/h de água evaporada, produzindo uma redução de umidade que vai de 18% a 8%. Desta maneira, a linha pode servir utilizadores com problemas graves de umidade nas matérias primas sem a necessidade de inserir uma etapa de secagem preliminar e evitando conseqüentemente um aumento dos custos tanto de investimento, como de utilização.
O separador instalado no Moinho Pendular MOLOMAX exerce muito bem a função de classificação granulométrica dos pós tornando, às vezes, desnecessária a implementação de um sistema de peneiramento dedicado e, também neste caso, reduzindo significativamente os custos com os equipamentos. Os pós assim obtidos são encaminhados para o tratamento de umidificação; a máquina que é utilizada para esta aplicação específica é do tipo MS/2000.
A quantidade de água é regulada mediante um sistema mecânico ou hidráulico, com a possibilidade de correção automática na leitura do teor de umidade dos pós na saída graças ao instrumento eletrônico MS/MU 7685.
A nebulização da água é realizada por um disco giratório acionado por um motor fechado e ventilado. Una serie de braços rotativos de aço misturam os pós umidificados para proporcionar uma homogeneização perfeita. A percentagem de água adicionada ao produto pode variar de 1% a 3% em função das características físico-químicas das matérias primas e das necessidades produtivas. Em seguida, a mistura pode ser encaminhada para a estocagem em silos metálicos. A estocagem dos pós obtidos pela moagem a seco e pela posterior umidificação não necessita de maturações prolongadas e o material pode ser enviado para a produção depois de 24 ou 48 horas; portanto, os silos também exercem a simples função de abastecimento das matérias primas para um máximo de um ou dois dias de produção. A etapa final prevê um misturador-umidificador desenvolvido especificamente para as matérias primas moídas a seco.
O dispositivo, equipado com válvulas borboletas herméticas ao ar e com um sistema de alta pressão de adição de água, homogeneiza perfeitamente a pasta e acrescenta a quantidade necessária de água que penetra facilmente na composição sem causar a formação de grumos ou de grãos grossos. Além da eliminação total do problema dos nódulos de cal, a escolha da solução a seco DRY-TECH HEAVY CLAY prevê também a recuperação na linha produtiva dos rejeitos de produção crus, secos e queimados.
O consumo máximo é de 15 kWh
CONCLUSÕES
| Método Tradicional |
Sistema DRY-TECH HEAVYCLAY |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
O sistema de moagem a seco das matérias primas Manfredini & Schianchi DRY TECH HEAVY CLAY coloca-se assim na vanguarda pelos importantes elementos inovadores que o caracterizam sob diferentes aspectos:
-
Qualidade: são atingidos resultados que não se conseguiria obter nem mesmo com os laminadores mais sofisticados e a presença dos nódulos de cal é neutralizada com uma forte redução granulométrica. Além disso, na extrusão a massa resulta ser mais homogênea e a superfície dos produtos apresenta-se perfeitamente lisa. Isso permite que muitas unidades produtivas realizem tijolos e telhas esmaltadas com rendimentos excelentes em termos qualitativos.
-
Moagem e recuperação dos chamotes: a planta que utiliza a tecnologia a seco é capaz de tratar e reciclar rejeitos cerâmicos queimados, componentes inertes em geral e argilas com forte presença de impurezas, sem prejudicar a qualidade final dos produtos.
-
Economicidade: os custos de investimento, assim como os custos de produção, são efetivamente competitivos se comparados com os da preparação tradicional com laminador.
-
Tecnologia: a elevada automação do sistema, os aparelhos eletrônicos de controle que o caracterizam, juntamente com a possibilidade, nas etapas seguintes, de utilizar o sistema de queima em fornos de rolos, tornam o Drytech uma solução avançada e congenial para as exigências das unidades produtivas modernas.
