Avaliação de simulações termodinâmicas químicas para formulações de cerâmicas triaxiais e do uso de resíduo de vidro como fundente

Abstract

As complexas reações químicas que ocorrem entre as matérias-primas, durante o processo de queima das cerâmicas triaxiais, ainda não são plenamente compreendidas, não existindo uma ferramenta que possa simular com precisão suas propriedades. Um melhor entendimento sobre as alterações microestruturais em corpos cerâmicos, durante o processo de queima, seria muito útil à seleção de matérias-primas e definição dos parâmetros de processo. Utilizando o software FactSage, o presente trabalho fornece o estudo de simulações termodinâmicas químicas para interações entre os óxidos de formulações da cerâmica tradicional e suas matérias-primas, incluindo-se o uso de resíduo. A análise inicial comparou as fases cristalinas preditas nas matérias-primas com as análises mineralógicas. Posteriormente, foram analisadas as fases cristalinas e a quantidade de fase vítrea de uma formulação triaxial e da substituição integral da matériaprima fundente por resíduo de vidro sodo-cálcico; os resultados foram comparados com dados experimentais e dados da literatura. O software apresentou resultados coerentes, conseguindo indicar a presença das principais fases nas matérias-primas. As fases secundárias previstas e as reais nem sempre coincidiram nas análises individuais das matérias-primas. As fases na queima foram indicadas de forma correta, tridimita (fase estável acima de 870 °C), mulita, fase vítrea e anortita (quando utilizado resíduo de vidro), porém em quantidades diferentes aos dados experimentais da relação com a temperatura de queima real. O modelo FactSage foi utilizado no cálculo da viscosidade dos diferentes sistemas de cerâmicas triaxiais e de cerâmicas com resíduo de vidro sodo-cálcico (embalagens/vasilhames e vidros planos); prevendo menores valores para a viscosidade de massas fundidas sódicas e valores mais elevados para a viscosidade de massas fundidas potássicas de grês porcelânico. Menores valores de viscosidade foram previstos, no intervalo térmico de 1200-1420 ºC com o uso do banco de dados Glasses, na cerâmica com resíduo de vidro em relação aos valores da cerâmica tradicional.

The complex chemical reactions that occur between raw materials, during the firing process of triaxial ceramics, are still not fully understood, and there is no tool that can accurately simulate their properties. A better understanding of the microstructural changes in ceramic bodies during the firing process would be very useful for the selection of raw materials and definition of process parameters. Using the FactSage software, this work provides the study of chemical thermodynamic simulations for interactions of the oxides of traditional ceramic formulations and their raw materials, including the use of residue. The initial analysis compared the predicted crystalline phases in the raw materials with the mineralogical analyses. Subsequently, were analyzed the crystalline phases and the amount of vitreous phase of the triaxial formulation and the integral replacement of the fluxing raw material by soda-lime glass residue; the results were compared with experimental data and literature data. The software presented coherent results, being able to indicate the presence of the main phases in the raw materials. The predicted and actual secondary phases did not always coincide in the individual analysis of the raw materials. The firing phases were correctly indicated, tridymite (stable phase above 870 °C), mullite, vitreous phase and anorthite (when using glass residue), but in different amounts to the experimental data in relation to the actual firing temperature. The FactSage model was used to calculate the melt viscosity of different systems of triaxial ceramics and ceramics with soda-lime glass residue (container and float); predicting lower values for the viscosity of sodic melts and higher values for the viscosity of potassic melts in the porcelain stoneware. Lower viscosity values were predicted, in the thermal range of 1200- 1420 ºC with the use of the Glasses database, in ceramic with glass residue in relation to the values of traditional ceramic.