Estudo de características reológicas de pastas cerâmicas e propostas de melhoria

Abstract

O desenvolvimento do estudo reológico de pastas cerâmicas teve por base a otimização da rentabilidade do processo de atomização de barbotina tendo como objetivo principal conseguir que o caudal de barbotina a atomizar apresentasse a maior densidade e menor viscosidade possíveis. Atualmente estes valores são cerca de 1680 g/L e 320 cP, respetivamente. A melhor maneira de tornar esta otimização possível é manipulando o processo de desfloculação dos materiais argilosos constituintes da barbotina de modo a que a viscosidade seja a menor possível. O processo de desfloculação depende de diversos fatores, entre os quais o pH e condutividade da água de moagem das matérias-primas, a temperatura de manuseamento da barbotina e o tipo de desfloculante utilizado. Foi então estudada, primeiramente, a influência do pH e condutividade da água de moagem destas matérias-primas, assim como a temperatura da barbotina, na sua viscosidade. Pelos resultados obtidos verifica-se que quanto mais básico o pH da água de moagem, maior a sua condutividade e menor a viscosidade da barbotina. Quanto à influência da temperatura na viscosidade da barbotina verificou-se que quanto maior a temperatura, menos viscosa é a suspensão. Isto permite afirmar que se se trabalhar em condições de pH elevado (>8) e temperaturas na ordem dos 45 ºC, o transporte de barbotina pelas tubagens requer menor consumo energético. Posto isto foram realizados vários ensaios e elaboradas as curvas de desfloculação de barbotinas, compostas apenas pelos materiais argilosos nas proporções utilizadas industrialmente, usando como agentes desfloculantes diferentes concentrações mássicas compostas pelo desfloculante atualmente utilizado na produção industrial, D.A., e diferentes polímeros (A, B, C e D) selecionados após estudo teórico e procura de mercado destes agentes químicos. As concentrações utilizadas foram 0,5%; 1,0%; 1,5% e 2,0% (m de solução de polímero/m de D.A.). Após a análise das curvas de desfloculação obtidas verificou-se que a melhor opção seria a utilização de uma concentração de 1,5% (m de solução de polímero/m de D.A.) de solução de polímero A uma vez que foi o ensaio que apresentou um maior decréscimo da viscosidade da barbotina relativamente aos resultados obtidos no ensaio de referência. Foi também estudada a tixotropia, através da medição da viscosidade da barbotina após vários períodos de repouso, de cada ensaio realizado sendo que o sistema que apresenta um comportamento menos tixotrópico é aquele em que se adiciona 1,5% de solução de polímero A. Finalmente realizaram-se análises elementares e de espetroscopia de infravermelhos a cada um dos polímeros de modo que fosse possível obter alguma informação da sua composição e grupos funcionais relevantes com o objetivo de explicar os diferentes efeitos observados nos processos de desfloculação. No entanto os resultados obtidos foram inconclusivos sendo necessário recorrer a análises mais específicas de modo a verificar, por exemplo, o peso molecular dos polímeros.

The rheological study of ceramic pastes was based on the optimization of the profitability of the atomization process of the ceramic paste with the main objective of obtaining a suspension to atomize presenting the highest density and lowest viscosity possible. Currently these values are of about 1680 g/L and 320 cP, respectively. The best way of making this optimization possible is by controlling the deflocculation process of the clay materials that constitute the ceramic paste in order to make the viscosity the lowest possible. The process of deflocculation depends on many factors, among which are the pH and the conductivity of the water used to mill the raw material, the temperature of the ceramic paste and the kind of deflocculant used. Firstly, we have studied the influence of the pH and the conductivity of milling water, as well as the temperature of the ceramic paste, on its viscosity. The results obtained showed that a more basic pH of the milling water results in a higher conductivity and a lower viscosity of the ceramic paste. As for the influence of the temperature in the viscosity of the ceramic paste it was verified that the higher the temperature, less viscous is the suspension. This allows to affirm that working in conditions of high pH (>8) and temperatures of around 45 ºC, the transport of barbotine through pipes requires less energy consumption. Subsequently, several other tests were carried out with the aim of obtaining deflocculation curves for ceramic pastes with different formulations using the clayey materials in industrial proportions, and as deflocculant agents different mass concentrations of the deflocculant industrially in use and different polymers (A, B, C and D) selected after a theoretical study and a market research of these chemical agents. The concentrations used were of 0,5%; 1,0%; 1,5% and 2,0% (m of polymer solution/m of D.A.). Analysis of the deflocculation curves, showed that the best option would be the use of a concentration of 1,5% (m of polymer solution/m of D.A.), since this formulation originated the highest decrease of the ceramic paste’s viscosity when compared with the results obtained using the industrial deflocculant without the addition of any of the polymers. Thixotropy has been studied as well, through the measurement of barbotine viscosity after several rest periods. Less thixotropic behaviour was observed for the formulations with 1,5% of polymer A solution added to the current deflocculant. Finally, the polymers under study were analysed by elementary analysis and infrared spectroscopy, trying to obtain some information regarding their composition and relevant functional groups, with the objective to explain the different effects observed on the deflocculation process. However, the results obtained were inconclusive being necessary the use of more specific analysis in order to verify, for example, polymer molecular weight.