Desenvolvimento e caracterização de material vitrocerâmico através de vitrificação e cristalização controlada de areia descartada de fundição e calcário

Abstract

As indústrias de fundição estão disseminadas por todas as regiões do planeta e geram milhões de toneladas de resíduos, que são descartados em aterros de resíduos industriais, ou em locais inadequados. Segundo a Associação Brasileira de Fundição (ABIFA), o Brasil ocupa o nono lugar no ranking mundial de produção de fundidos e descarta, anualmente, mais de 2,2 milhões de toneladas de areia de fundição usada. A areia descartada de fundição (ADF) tem como principal componente a sílica, e por isso apresenta um material alternativo para uso no desenvolvimento de vitrocerâmicos, retirando-a do meio ambiente. Neste trabalho, vitrocerâmicos são obtidos basicamente a partir da combinação de um resíduo, ADF, e um material comercial de baixo custo, calcário. Foram preparadas composições visando à obtenção dos vidros, que depois de cristalizados apresentassem a fase cristalina Wollastonita. Os vidros foram analisados utilizando diferentes técnicas (DRX, DSC e FRX), foram tratados termicamente para produção dos vitrocerâmicos, e então caracterizados por meio do DRX, Espectroscopia de micro-Raman, Microdureza, MEV e ensaios tecnológicos. Um estudo da cinética foi realizado visando compreender os mecanismos de cristalização, para isso três métodos foram aplicados, sendo estes Kissinger, Augis & Bennett e Matusita. Os resultados do DRX mostraram que a fase cristalina desejada, Wollastonita, foi obtida. Além disso, os dados de espectroscopia de micro-Raman exibem modos vibracionais pertencentes ao Ca-O e Si-O, com bandas características da β – Wollastonita. A microdureza dos vitrocerâmicos mostrou valores entre 6 e 8 GPa indicando uma aplicação como revestimento externo e interno.

ABSTRACT: The foundry industries are spread across all regions of the planet and generate millions of tons of waste, which are discarded in industrial waste landfills, or in inappropriate locations. According to the Brazilian Foundry Association (ABIFA), Brazil ranks ninth in the world ranking of castings production and annually discards more than 2.2 million tons of used foundry sand. The spent foundry sand (SFS) has silica as its main component, and for this reason it presents an alternative route for use in the development of glass-ceramics, removing it from the environment. In this work, glass-ceramics are obtained basically from the combination of a residue, SFS, and a low-cost commercial material, limestone. Compositions were prepared with a view to obtaining the glasses, which after crystallization had the crystalline phase Wollastonite. The glasses were analyzed using different techniques (XRD, DSC and XRF), heat treated to produce glass ceramics, and then characterized by XRD, micro-Raman spectroscopy, Microhardness, SEM and technological tests with the pilletes. A study of crystallization kinetics was carried out in order to understand the crystallization mechanisms, for that three methods were applied, namely Kissinger, Augis & Bennett and Matusita. The XRD results showed that the desired crystalline phase, Wollastonite, was obtained, in addition, the micro-Raman spectroscopy data exhibit vibrational modes belonging to Ca-O and Si-O, in addition to exhibiting characteristic bands of β - Wollastonite. The microhardness of the glass-ceramics showed values between 6 and 8 GPa, indicating a application as a coating.