Cinética de cristalização de vidro produzido com areia descartada de fundição: abordagem não-isotérmica e obtenção da fase nefelina - Silva, Fernanda Bertaco da [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
O setor de fundição desempenha papel crucial na indústria, sendo responsável pela fabricação de peças metálicas por meio de diversos processos. A ampla utilização de moldes de areia na fundição resulta na produção de resíduos sólidos, demandando uma abordagem sustentável. O objetivo da presente pesquisa consistiu em estudar a cinética de cristalização de um vidro obtido a partir da areia descartada, com a proposta de produzir a fase vitrocerâmica anortita devido às suas propriedades físicas, como alta resistência mecânica. Dessa forma, tanto o vidro quanto o material vitrocerâmico foram obtidos a partir de uma composição desenvolvida com base no diagrama ternário CaO-Al2O3-SiO2, com foco na obtenção da fase anortita, combinando a utilização da areia descartada proveniente de uma indústria de fundição. A análise dos materiais foi realizada mediante as técnicas de análise térmica, para compreender as reações térmicas associadas à mudança de fase, desidratação e decomposição de compostos presentes no material, fluorescência de raios X, para determinação da composição química, difração de raios X, para identificação de fases, e ensaios tecnológicos. A areia descartada de fundição (ADF) apresentou alta porcentagem de pureza, sendo 96,5% composta por sílicia e 3,5% de contaminantes. O vidro foi obtido utilizando as quantidades, em porcentagem de massa, de 19,32% de CaO, 34,22% de Al2O3, 40,38% SiO2 e 6,09% de Na2O, atuando como fundente. Esses materiais precursores foram submetidos a uma temperatura de 1560 ºC. O vidro obtido foi tratado termicamente a uma temperatura de 930 ºC, temperatura essa que consolidou a cristalização do material, formando a vitrocerâmica. De acordo com a ficha 23-475, foi obtida a fase vitrocerâmica nefelina. Foi conduzida uma análise cinética, visando compreender os mecanismos de cristalização com base na curva de DSC, usando os métodos de Kissinger, Augis-Bennett e Matusita e Sakka. Os resultados obtidos através dos parâmetros Índice de Avrami, n, e fator numérico, m, foram confirmados através de imagens obtidas via microscopia eletrônica de varredura, apresentando crescimento tridimensional. Os resultados mostram que a fase desejada, anortita, não foi obtida, mas sim a fase nefelina, discorrendo sobre as variáveis que interferiram no objetivo.

The foundry sector plays a crucial role in the industry, being responsible for the manufacturing of metallic parts through various processes. The extensive use of sand molds in casting results in the production of solid waste, requiring a sustainable approach. The objective of this research was to study the crystallization kinetics of a glass obtained from discarded sand, with the proposal of producing the glass ceramic phase anorthite due to its physical properties, such as high mechanical strength. Thus, both the glass and the glass ceramic material were obtained from a composition developed based on the CaO-Al2O3-SiO2 ternary diagram, focusing on obtaining the anorthite phase by combining the use of discarded sand from a foundry industry. The analysis of the materials was conducted using thermal analysis techniques to understand the thermal reactions associated with phase change, dehydration, and decomposition of compounds present in the material, X-ray fluorescence for determination of chemical composition, X-ray diffraction for phase identification, and technological tests. The discarded foundry sand (DFS) showed a high purity percentage, being 96.5% composed of quartz and 3.5% contaminants. The glass was obtained using the mass percentages of 19.32% CaO, 34.22% Al2O3, 40.38% SiO2, and 6.09% Na2O, acting as a flux. These precursor materials were subjected to a temperature of 1560 ºC. The obtained glass was thermally treated at a temperature of 930 ºC, consolidating the material's crystallization, forming the glass ceramic. According to sheet 23-475, the nepheline glass ceramic phase was obtained. A kinetic analysis was conducted to understand the crystallization mechanisms based on the DSC curve, using the Kissinger, Augis-Bennett, and Matusita and Sakka methods. The results obtained through the Avrami Index parameters, n, and numerical factor, m, were confirmed through images obtained via scanning electron microscopy, showing three-dimensional plate-like growth. The results indicate that the desired phase, anorthite, was not obtained, but rather the nepheline phase, discussing the variables that interfered with the objective.
Crystallization kinetics of glass produced with discarded sand casting: non-isothermal approach and phase obtainment nepheline
Keywords: Vitrocerâmica; Resíduo; Areia descartada de indústria de fundição; Nefelina; Cinética de cristalização; Glass ceramic; Waste; Discarded foundry sand; Nepheline; Crystallization kinetics