Diminuição da temperatura de cozedura de uma pasta de sanitários

Abstract

Este projeto resulta de uma colaboração com a empresa Roca, S.A., e tem como objetivo reduzir os custos e as emissões de CO₂ na produção de cerâmica sanitária, através da redução da temperatura de cozedura, sem comprometer as propriedades mecânicas finais das peças. Para alcançar este fim, foram formuladas novas composições a partir de uma barbotina de referência, incorporando diferentes quantidades das mesmas matérias-primas industriais. Além disso, foram realizados testes com a adição de um dos materiais utilizados nos vidrados da Roca, a volastonite. Todos os ensaios foram realizados no Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica da Universidade de Aveiro. O estudo compreende a descrição detalhada de procedimentos, desde a caracterização dos materiais industriais, a formulação das novas composições, a preparação e caracterização das pastas e corpos crus com diferentes composições, até à cozedura e caracterização das várias pastas cozidas a diferentes temperaturas. Foram fabricados provetes através do enchimento de moldes de gesso e por extrusão manual (cozidos a diferentes temperaturas e tempos de patamar). Foram avaliadas propriedades como a retração de secagem e de cozedura, a absorção de água, a porosidade aberta, a densidade aparente, a distribuição de tamanhos de partículas, a perda ao rubro e a resistência mecânica à flexão. Foram também realizadas análises mineralógicas e microestruturais, usando difração de raios X e microscopia eletrónica de varrimento com espectroscopia de raios X. Essas análises permitiram quantificar as fases presentes nas amostras e comparar a evolução das propriedades mecânicas em relação à formação de fases. Por fim, foram realizadas medições dos índices de piroplasticidade. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que a composição selecionada (W3) tem um teor conjunto de fundentes praticamente igual ao da composição padrão (R) e é menos refratária do que ela. Foi, assim, possível reduzir a temperatura de cozedura (de 1200 para 1140ºC) e manter praticamente todas as propriedades requeridas, exceto a resistência mecânica que ficou um pouco aquém do pretendido. A redução na temperatura de patamar de cozedura poderá resultar numa diminuição aproximada de 18 % no consumo energético por cada ciclo, sendo, portanto, uma estratégia viável e promissora para a redução dos custos energéticos e emissões de CO₂ na indústria.

This project arises from a collaboration with the company Roca and aims to reduce costs and CO₂ emissions in the production of sanitary ceramics by lowering the firing temperature while preserving the final mechanical properties of the pieces. To achieve this goal, new compositions were formulated based on a reference slip, incorporating varying quantities of the same industrial raw materials. Furthermore, tests were conducted with the addition of one of the materials used in Roca's glazes, Wollastonite. All tests were carried out at the Department of Materials and Ceramic Engineering at the University of Aveiro. The study encompasses a detailed description of procedures, starting from the characterization of industrial materials, the formulation of new compositions, the preparation and characterization of pastes and dried bodies with different compositions, to the firing and characterization of the various pastes after firing at different temperatures. Test specimens were manufactured through slip casting in gypsum molds and manual extrusion (fired at different temperatures and soaking times). Properties such as drying and firing shrinkage, water absorption, open porosity, apparent density, particle size distribution, loss on ignition, and mechanical flexural strength were evaluated. Mineralogical and microstructural analyses were also performed. This was done using X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy. These analyses enabled the quantification of the phases present in the samples and a comparison of the evolution of mechanical properties with the phase formation. Finally, measurements of pyroplasticity indices were carried out. These results showed that the selected composition (W3) has essentially the same joint fluxes content as the reference composition (R) and is less refractory than it. Thus, it was possible to reduce firing temperature (from 1200 to 1140 ºC) while keeping almost all required properties. Only the mechanical strength was found to be a bit lower than desired. The reduction in firing temperature can thus result in approximately 18 % reduction in the energy consumption per cycle, hence, being a viable and a promising strategy for cost and CO₂ emissions reduction in the industry.