2 MATÉRIAS-PRIMAS 2.1 Classificação.

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1 2 MATÉRIAS-PRIMAS 2.1 Classificação

2 Classificação Naturais: obtidos através de operações físicas
Argila, feldspato... Sintéticas: obtidos através de processos químicos, a partir de Matérias-primas naturais (magnesita, calcita...) Outras matérias-primas sintéticas (alumina, zircônia...) [Ring, 1996:27] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

3 Tipos de matérias-primas
[Reed, 1995:36] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

4 2.2 Matérias-primas naturais

5 Argilas e argilominerais
Argila: matéria-prima natural constituída principalmente de argilominerais, tendo outros minerais como impurezas Argilominerais: aluminossilicatos hidratados que podem ser dispersos em partículas finas e desenvolvem plasticidade quando misturados com água Exemplos: caulinita, halloysita, pirofilita, montmorillonita, mica, ilita [Ring, 1996:27] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

6 Silicatos Silicatos: materiais compostos primariamente de silício e oxigênio Silicatos simples, fórmula unitária SiO4-4, p. ex. forsterita (Mg2SiO4) Silicatos em camada, fórmula unitária (Si2O5)2-, p. ex. argilominerais [Callister, 1997:383] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

7 Argilominerais e outros silicatos
Mineral Fórmula química (estrutural ou em óxidos) Caulinita Al2(Si2O5)(OH)4 ou Al2O3·2SiO2·2H2O Halloysita Al2(Si2O5)(OH)4·2H2O ou Al2O3·2SiO2·4H2O Pirofilita Al2(Si2O5)2(OH)2 ou Al2O3·4SiO2·H2O Montmorillonita (Al1,67Na0,33Mg0,33)(Si2O5)2(OH)2 ou 5/6Al2O3·1/6Na2O·1/3MgO·4SiO2·H2O Mica moscovita Al2K(Si1.5Al0.5)2(OH)2 ou 3/2Al2O3·K2O·3SiO2·H2O Talco Mg3(Si2O5)2(OH)2 ou 3MgO·4SiO2·H2O [Reed, 1995:38] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

8 Tetraedro silício-oxigênio SiO44-
[Callister, 1997:383] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

9 Camada de silicato (Si2O5)4-
[Callister, 1997:386] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

10 Estrutura da caulinita
[Callister, 1997:387] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

11 Argilominerais [Reed, 1995:52] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

12 Caulinita: microestrutura
[Norton, 1952:8] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

13 Caulinita Tipo: Silicato de alumínio hidratado de estrutura lamelar, argilomineral Composição: Al2(Si2O5)(OH)4 Reações: >500°C se decompõe em metacaulinita, Al2O3·2SiO2 >900°C forma mulita, 3Al2O3·2SiO2, e alumina >1150°C forma cristobalita Propriedades e aplicação: Plasticidade na etapa de conformação [Norton, 1952:131] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

14 Talco Tipo: Silicato de magnésio hidratado de estrutura lamelar, similar a argilomineral Composição: Mg3(Si2O5)2(OH)2 Reações: 1000°C se decompõe em protoenstatita, MgSiO3, e enstatita, MgO·SiO2 1547°C se funde Propriedades e aplicação: Alto coeficiente de expansão térmica, usado na formulação de azulejos e esmaltes [Ring, 1996:31] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

15 Feldspatos Mineral Fórmula química (estrutural ou em óxidos)
Ortoclásio K(AlSi3)O8 ou 1/2K2O·1/2Al2O3·3SiO2 Albita Na(AlSi3)O8 ou 1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2 Anortita Ca(Al2Si2)O8 ou CaO·Al2O3·2SiO2 [Ring, 1996:31] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

16 Feldspatos Tipo: Silicatos de alumínio anidros Composição: Reações:
K2O·Al2O3·6SiO2 (ortoclásio) K2O·Al2O3·6SiO2 (albita), CaO·Al2O3·2SiO2 (anortita) Reações: °C apresenta uma composição próxima do eutético (ortoclásio, feldspato potássico) Propriedades e aplicação: Fundentes, insolúveis em água, formadores de fase vítrea em corpos cerâmicos e esmaltes [Ring, 1996:31] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

17 Sílica: formas polimórficas
Mineral Observação Quartzo Forma mais comum Cristobalita Menos comum, mais impura que quartzo Tridimita Rara na natureza Sílica vítrea Rara na natureza, importante produto manufaturado [Van Vlack, 1964:40] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

18 Sílica: cristobalita e tridimita
• Silício  Oxigênio (a) Cristobalita (b) Tridimita [Van Vlack, 1964:40] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

19 Cristobalita: inversão
Cristobalita de alta temperatura (>220°C) Cristobalita de baixa temperatura (<220°C) • Silício  Oxigênio [Van Vlack, 1964:52] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

20 Sílica: cristalina e amorfa
Silício Oxigênio Sílica cristalina Sílica amorfa [Callister, 1997:57] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

21 Sílica: transformação de fases
quartzo  quartzo  tridimita  tridimita  tridimita  cristobalita  cristobalita  sílica vítrea líquido Temperatura (°C) [Norton, 1952:132] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

22 Sílica: dilatação de fases
[Van Vlack, 1964:141] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

23 Quartzo Tipo: forma mais comum de sílica, cristais de alta pureza >10 cm Composição: SiO2 (fases  e ) Reações: 550°C inversão - 1650°C se funde Propriedades e aplicação: Dureza, alto ponto de fusão, abilidade de formar vidro, usado para prover uma massa sólida ao redor da qual a fase vítrea mantém o corpo coeso (estabilidade dimensional) [Ring, 1996:32] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

24 Triaxial cerâmico [Norton, 1952:15] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

25 Funções dos componentes
Argilomineral: plasticidade caulinita, ilita, montmorilonita Silica: estabilidade dimensional quartzo Feldspato: fusibilidade ortoclásio, albita 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

26 2.3 Matérias-primas sintéticas

27 Produção de pós cerâmicos
Reações no estado sólido: hidróxidos, carbonatos, sulfatos  óxidos metais ou óxidos + C  carbetos Reações sólido-gás: Metais + O2  óxidos Metais + hidrocarbonetos  carbetos Metais + N2 ou NH3  nitretos Reações em fase gasosa: Hidrólise de haletos  SiO2 ou TiO2 Processos de fundição: Al2O3, ZrO2 [Thümmler, 1993:52] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

28 Pós a partir de soluções
Precipitação e filtração: Pós cerâmicos e metálicos Reações hidrotérmicas: Soluções de ZrOCl2  ZrO2 Vaporização do solvente/desidratação: Secagem por spray ou congelamento Processos sol-gel: Gotas de líquido  estado gelatinoso  pó [Thümmler, 1993:53] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

29 Pós cerâmicos industrializados
Alumina (processo Bayer): Bauxita + NaOH  Al(OH)3  Al2O3 Zircônia: ZrSiO4 + NaOH  Na2ZrO3  ZrO2 Carbeto de silício (processo Acherson): SiO2 + 3C  SiC + 2CO Nitreto de silício: 3SiO2 + 6C + 2N2  Si3N4 + 6CO [Reed, 1995:40] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

30 Pós ultrafinos (nanocristais)
Reações em fase gasosa: Si3N4, SiC Redução em H2 de cloretos metálicos: Ag, Cu, Ni, W Evaporação/condensação: Fe, FeNi Processamento de soluções [Thümmler, 1993:58] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

31 Whiskers e fibras curtas
Redução em H2 de cloretos metálicos: 2FeCl3 + 3H2  2Fe + 3HCl Processo vapor-líquido-sólido: Al2O3, SiC, Si3O4 Pirólise de casca de arroz: SiC [Thümmler, 1993:59] 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS

32 Pós nanométricos e whiskers
[Thümmler, 1993:60] ZrO2 (<0,5 µm) whiskers de SiC 01/05/01 2 MATÉRIAS-PRIMAS