Obtenção e caracterização de espumas vítreas a partir de resíduos de vidro sodo-cálcico e calcário dolomítico como agente espumante

Abstract

Neste trabalho, foram investigados corpos cerâmicos à base de vidro sodocálcico moído, oriundo de embalagens de vidro transparente, e um calcário dolomítico. O objetivo foi avaliar as propriedades do material obtido, como expansão volumétrica, resistência mecânica e condutividade térmica em função de alguns parâmetros processuais, tais como, granulometria do pó de vidro, quantidade de agente espumante e temperatura de queima. Os corpos cerâmicos foram formulados com teores entre 3% e 5% em peso de calcário dolomítico, conformados por prensagem uniaxial em uma prensa hidráulica e queimados entre 600ºC e 1000ºC. Foram variados parâmetros processuais como granulometria das matérias-primas, pressão de compactação e taxa de queima, bem como introduzido alumina para aumentar a refratariedade do produto final. A caracterização tecnológica dos corpos cerâmicos envolveu a determinação da expansão volumétrica, resistência mecânica à compressão, e condutividade térmica. A microestrutura foi avaliada utilizando-se uma lupa, microscopia eletrônica de varredura, mapeamento de elementos por microssonda EDS e análise mineralógica por difração de raios X. Os resultados mostraram que é possível obter espumas vítreas a partir de pó de vidro, utilizando calcário dolomítico como agente espumante. As espumas vítreas obtidas apresentaram valores de condutividade térmica entre 0,11 a 0,7 W/mK e valores variados de resistência mecânica sendo que, o valor máximo obtido foi 2MPa, ambos compatíveis a de produtos comerciais existentes no mercado de isolantes térmicos industriais. A espumação variou em função da quantidade de agente espumante e da temperatura de queima. Quanto maior o teor de calcário dolomítico, mais intenso foi o processo de espumação, para uma mesma temperatura de queima. Dois fenômenos dependentes da temperatura atuam decisivamente para a espumação dos corpos cerâmicos: a liberação (e expansão) de CO2 pelo calcário dolomítico e a viscosidade de fase vítrea. Temperaturas muito baixas não são suficientes para liberar CO2 e/ou vitrificar a microestrutura, assim como temperaturas excessivas levam à fuga de CO2 do corpo cerâmico pela baixa viscosidade da fase vítrea formada. A adição de Al2O3 à formulação tornou a fase vítrea menos viscosa, interferindo no processo de espumação do corpo cerâmico.

In this work, ceramic bodies made of grounded soda-lime glass from transparent glass bottles and a dolomitic lime were investigated. The objective was to evaluate the properties of the obtained material, as volumetric expansion, mechanical strength and thermal conductivity as function of some procedural parameters such as: glass powder particle mean size, amount of foaming agent, heating rate and sintering temperature. The ceramic bodies were formulated with 3 and 5 weight percent of dolomite lime, uniaxially pressed in a hydraulic press and fired within the temperature range from 600 to 1000ºC. The following procedural parameters were varied: particle size distribution of raw materials, compacting pressure and heating rate. Tests were also performed with the addition of alumina to the mixture, in the amount of 4 weight percent, in order to increase the refractoriness of the final product. The technological characterization of the ceramic bodies involved the determination of the volumetric expansion, compressive strength, and thermal conductivity. The microstructure was investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, mapping of elements in an electron beam microprobe analyzer and X-ray diffraction analysis. The results have shown that it is possible to obtain foam glass from glass powder, using dolomitic lime as foaming agent. The foam glasses presented values of thermal conductivity between 0,11W/mK and 0,7W/mK and varied values of mechanical strength, the best samples achieving a maximum of 2MPa. For both properties, the values obtained were comparable to those of commercial thermal insulating products. The foaming has varied as function of the amount of foaming agent and sintering temperature. When temperature was kept constant, higher dolomitic lime content lead to a more intense foaming process. Two temperaturedependent phenomena can act decisively on the foaming process: the release (and expansion) of CO2 by the dolomitic lime, and the viscosity of the glass phase. Low temperatures may not provide conditions for the release of CO2 and vitrification of the microstructure, and excessively high temperatures may cause the CO2 to escape from the ceramic body due to the low viscosity of the glass phase. Addition of Al2O3 to the formulation has increased the viscosity of the glass phase, therefore interfering with the foaming process of the ceramic body.