Resumo Membranas cerâmicas são de grande interesse industrial em processos de separação. Elas são caracterizadas por elevada estabilidade química/térmica e capacidade de filtração em temperaturas acima de 500 °C em uma larga faixa de valores de pH. Entretanto, a grande desvantagem das membranas cerâmicas é o elevado custo de produção envolvendo matérias-primas sintéticas, geralmente alumina e zircônia. Nesse contexto, membranas cerâmicas de baixo custo foram preparadas por sinterização reativa usando uma mistura de argila caulinítica e cinza de bagaço de cana de açúcar. Análises de distribuição de tamanho de partícula, térmica, mineralógica e de composição química foram realizadas para estudar as matérias-primas. As propriedades tecnológicas e de permeabilidade à água foram determinadas em amostras queimadas entre 800 e 1000 °C. A eficiência de filtração foi medida através de análises comparativas entre a água bruta e o filtrado. O tamanho médio dos poros entre 2,5 e 6,0 µm viabiliza o uso das membranas derivadas de cinza de bagaço de cana de açúcar em processos de microfiltração.

Abstract Ceramic membranes are of great industrial interest in separation processes. They are characterized by high chemical and thermal stabilities and filtration capacity at high temperatures (>500 °C) in a wide range of pH values. However, the major disadvantage of ceramic membranes is the high-cost of production involving synthetic raw materials, usually alumina and zirconia. In this work, low-cost ceramic membranes were prepared by solid-state reactive firing using a mixture of kaolinite clay and sugarcane bagasse ash. Particle size distribution, thermal, mineralogical, and chemical composition analyses were carried out to study the raw materials. Technological properties and water permeability were investigated in samples fired between 800 and 1000 °C. The filtration efficiency was measured by comparative analyses between the raw water and the filtrate. The mean pore size ranging from 2.5 to 6.0 μm makes the sugarcane bagasse ash derived ceramic membranes suitable for microfiltration processes.

Resumo Um compósito mulita/fase vítrea foi preparado por sinterização reativa de uma mistura argila caulinítica/resíduo de caulim rico em mica com 25% em massa de resíduo. A composição de fase, microestrutura, propriedades dielétricas e elétricas do compósito sinterizado a 1400 °C foram avaliadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância (entre 25 e 600 °C em ar). A caracterização microestrutural mostrou a obtenção de amostras densas compostas de mulita acicular (ortorrômbica, 47,6% em massa), fase vítrea (50,1% em massa) e quartzo residual (2,3% em massa). Os resultados de condutividade elétrica (1,9.10-8 S/cm a 300 °C), constante dielétrica (6,7 a 1 MHz, 25 °C) e perda dielétrica (0,024 a 1 MHz, 25 °C) evidenciaram que o compósito mulita/fase vítrea é um material de baixo custo promissor para uso comercial em aplicações relacionadas à eletrônica.

Abstract A mullite/glass composite has been prepared by reactive sintering of a kaolinite clay/mica-rich kaolin waste mixture with 25 wt% waste. Phase composition, microstructure, dielectric and electrical properties of the composite fired at 1400 °C were evaluated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy (between 25 and 600 °C in air). The microstructural characterization showed the attainment of dense samples composed of acicular (orthorhombic) mullite (47.6 wt%), glassy phase (50.1 wt%), and residual quartz (2.3 wt%). Electrical conductivity (1.9x10-8 S/cm at 300 °C), dielectric constant (6.7 at 1 MHz, 25 °C) and dielectric loss (0.024 at 1 MHz, 25 °C) results gave evidence that the mullite/glass composite is a promising low-cost material for commercial use in electronics-related applications.

Resumo A pesca de mariscos é uma das atividades comerciais mais importantes da comunidade pesqueira do município de Cabedelo (Paraíba, Brasil). O processo de beneficiamento, após a extração do molusco, gera elevada quantidade de conchas, cujo descarte, em volume considerável, provoca assoreamento de áreas extensas e consequente desequilíbrio ambiental. Na busca do aproveitamento desses resíduos (conchas de mariscos) e visando a redução dos problemas ambientais causados, esse trabalho teve como objetivo o estudo da incorporação de pó de conchas de mariscos em massa de porcelanato. Composições cerâmicas foram formuladas a partir de uma massa de porcelanato industrial e pó de concha de marisco ou CaCO3 comercial variando entre 0 e 7% em massa. Corpos de prova preparados por prensagem uniaxial tiveram suas propriedades tecnológicas avaliadas em função da temperatura de sinterização. Os resultados indicaram que o uso de até 7% em massa de pó de concha mantém as propriedades tecnológicas dentro dos padrões exigidos pela ABNT (Brasil) para a classificação como cerâmicas de revestimento do grupo BIa.

Abstract The fishing of shellfish is one of the most important commercial activities of the fishing community of the municipality of Cabedelo (Paraíba, Brazil). The step of processing, after the extraction of the mollusk, generates a large amount of shells, whose discharge, in considerable volume, causes silting of large areas and consequent environmental imbalance. In the search for the use of these residues (mollusk shells) and aiming at reducing the environmental problems caused, this work had the aim of studying the incorporation of mollusk shell powder in the mass of porcelain tile. Ceramic compositions were formulated from an industrial standard mass and mollusk shell powder or commercial CaCO3 ranging from 0 to 7% by weight. Samples prepared by uniaxial pressing had their technological properties evaluated as a function of the sintering temperature. The results indicated that the use of up to 7 wt% of the mollusk shell powder maintains the technological properties within the standards required by the ABNT (Brazil) for classification as BIa type porcelain tiles.

Resumo Soluções sólidas à base de céria (CeO2) são materiais promissores para aplicação como eletrólitos de células a combustível de óxido sólido. Apesar das boas propriedades elétricas, um dos principais inconvenientes destes materiais são as altas temperaturas de sinterização (normalmente acima de 1400 °C) necessárias para completa densificação. Com o intuito de melhorar a sinterabilidade da céria, óxidos de metais de transição com baixo ponto de fusão têm sido usados como aditivos de sinterização. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do teor de gadolínia (Gd2O3) na densificação e propriedades elétricas de soluções sólidas de céria com CuO como aditivo de sinterização. Pós com composições nominais Ce0,99-xGdxCu0,01O2-δ (x= 0, 0,2 e 0,3) foram sintetizados pelo método dos precursores poliméricos, calcinados a 500 °C e caracterizados por difratometria de raios X (DRX). A densidade relativa foi avaliada em amostras sinterizadas entre 950 e 1050 °C. As propriedades elétricas foram estudadas por espectroscopia de impedância. Os resultados de DRX indicaram a obtenção de soluções sólidas com estrutura cúbica do tipo fluorita. O uso de materiais nanoparticulados associado a um aditivo de sinterização permitiu a obtenção de cerâmicas com densidades relativas superiores a 92% após sinterização em temperaturas tão baixas quanto 1000 °C. A condutividade elétrica total foi otimizada em amostras com 20% em mol de Gd2O3.

Abstract Ceria (CeO2) based solid solutions are promising materials for use as solid oxide fuel cells electrolytes. Despite good electrical properties, one of the major drawbacks of these materials are the high sintering temperatures (typically above 1400 °C) required for full densification. In order to improve the ceria sinterability, transition metal oxides with low melting point have been used as sintering aid. In this context, the aim of this study was to evaluate the effect of gadolinia (Gd2O3) content on densification and electrical properties of ceria solid solutions with CuO as a sintering aid. Powders with nominal compositions Ce0.99-xGdxCu0.01O2-δ (x= 0, 0.2 and 0.3) were synthesized by the polymeric precursor method, calcined at 500 °C and characterized by X-ray diffraction (XRD). The relative density was evaluated in samples sintered between 950 and 1050 °C. The electrical properties were evaluated by impedance spectroscopy. The XRD results indicated the attainment of solid solutions with cubic fluorite type structure. The use of nanoparticle materials associated with a sintering aid allowed to obtain ceramics with relative densities higher than 92% after sintering at temperatures as low as 1000 °C. The total electrical conductivity was enhanced in samples with 20 mol% Gd2O3.

Resumo Uma rota de síntese em uma etapa baseada no método dos precursores poliméricos foi usada para produzir pós do nanocompósito contendo as fases CuO e céria dopada com samária (SDC). Esta rota química permitiu obter pós compósitos com reduzido tamanho de partícula e uniforme distribuição dos elementos Cu, Ce e Sm. O material particulado foi caracterizado por difração de raios X (DRX) combinado com refinamento Rietveld dos dados de difração. Compósitos CuO-SDC sinterizados em ar entre 950 e 1050 °C e em seguida reduzidos a Cu-SDC foram caracterizados por DRX e microscopia eletrônica de varredura. A porosidade aberta foi medida usando o princípio de Arquimedes. Microestruturas adequadas para os processos de transferência de carga e transporte de massa (30 a 45% de porosidade) foram obtidas em cermets Cu-SDC previamente sinterizados a 1000 a 1050 °C. Os resultados indicaram que compósitos CuO-SDC e cermets Cu-SDC com potencial aplicação como anodos de células a combustível de óxido sólido (CCOS) podem ser obtidos por projeto microestrutural. Meia célula suportada no anodo foi preparada por coprensagem e cossinterização de céria dopada com gadolínia (CGO) e o nanocompósito obtido neste trabalho.

Abstract An in situ one step synthesis route based on the polymeric precursor method was used to produce dual phase CuO-samaria doped ceria (SDC) nanocomposite powders. This chemical route allowed to obtain composite powders with reduced particle size and uniform distribution of Cu, Ce and Sm elements. The particulate material was characterized by powder X-ray diffraction (XRD) combined with Rietveld refinement. CuO-SDC sintered in air between 950 to 1050 °C and subsequently reduced to Cu-SDC cermets were further characterized by XRD and scanning electron microscopy. The open porosity was measured using the Archimedes’ principle. Suitable microstructures for both charge transfer and mass transport processes (30 to 45% porosity) were attained in Cu-SDC cermets previously fired at 1000 to 1050 °C. Overall results indicated that CuO-SDC composites and Cu-SDC cermets with potential application as anodes for solid oxide fuel cells (SOFCs) can be obtained by microstructural design. An anode supported half-cell was prepared by co-pressing and co-firing gadolinia doped ceria (CGO) and the herein synthesized CuO-SDC nanocomposite powder.

Resumo Este estudo aborda os efeitos do processamento na microestrutura e nas propriedades de compósitos alumina-mulita via sinterização reativa de uma mistura argila caulinítica e hidróxido de alumínio. Amostras prensadas a 40 MPa foram sinterizadas entre 1300 e 1600 °C. As propriedades tecnológicas foram determinadas em função da temperatura de sinterização. A avaliação das fases cristalinas e da microestrutura foi realizada por difração de raios X e microscopia eletrônica. Os resultados indicaram a obtenção de mulita e alumina a partir de 1300 °C. Para sinterizações acima de 1450 °C foram obtidos valores de porosidade aparente inferiores a 0,8% e tensão de ruptura à flexão superior a 40 MPa. Amostras com morfologia bimodal (grãos equiaxiais e alongados) e resistência mecânica de 70 MPa foram obtidas após sinterização a 1600 °C. Este estudo demonstra a possibilidade de preparar compósitos alumina-mulita de baixo custo e com propriedades tecnológicas compatíveis com as de cerâmicas produzidas por companhias com grande atuação no mercado internacional de produtos refratários.

Abstract This work aimed to evaluate the effects of processing on microstructure and properties of alumina-mullite composites via reactive sintering of a mixture of kaolinite clay and aluminum hydroxide. Cylindrical pellets were pressed at 40 MPa and sintered between 1300 and 1600 °C. The technological properties were determined as a function of sintering temperature. The evaluation of crystalline phases and microstructure was performed by X-ray diffraction and electron microscopy. Structural results indicate the attainment of mullite and alumina at 1300 °C. Apparent porosity below 0.8% and flexural strength higher than 40 MPa were obtained for sintering temperatures above 1450 °C. A flexural strength as high as 70 MPa was obtained after sintering at 1600 °C. This study demonstrates the possibility of preparing low cost alumina-mullite composites with technological properties compatible with those of ceramics produced by companies with large operations in the international market of refractory products.

Empresas envolvidas na mineração de esmeralda e beneficiamento representam uma importante área de desenvolvimento industrial no Brasil, com significativa contribuição para a produção mundial desse minério. Como resultado, grandes volumes de resíduos de esmeralda são constantemente gerados e abandonados no ambiente, contribuindo negativamente para a sua preservação. Por outro lado o interesse no uso do resíduo de mineração como aditivo na produção de material cerâmico tem crescido entre os pesquisadores nos últimos anos. A indústria cerâmica está constantemente buscando a ampliação do mercado para o setor e tentando aperfeiçoar a qualidade dos produtos e aumentar a variedade de aplicações. A tecnologia de obtenção de cerâmica de revestimento que usa resíduos de mineração é um mercado ainda pouco explorado. Neste cenário, o objetivo do presente estudo foi caracterizar o resíduo gerado a partir de mineração de esmeralda, bem como para avaliar seu potencial uso como matéria-prima fundente para a produção de revestimentos cerâmicos. Misturas cerâmicas foram preparadas a partir de matérias-primas caracterizadas por fluorescência de raios X e difração de raios X. Cinco composições foram preparadas utilizando índices de resíduos de esmeraldas de 0%, 10%, 20%, 30% e 40%. As amostras foram preparadas por prensagem, sinterizadas em 1000, 1100 e 1200 ºC e caracterizadas visando estabelecer sua composição mineralógica, absorção de água, retração linear e módulo de ruptura à flexão. Os resultados mostraram que o resíduo de esmeraldas estudado pode ser incorporado na massa de revestimento cerâmico até 20% em substituição ao feldspato sem comprometimento das propriedades do produto final.

Companies involved in mining and beneficiation of emerald represent an important area of industrial development in Brazil, with a significant contribution to world production of this ore. As a result, large volumes of waste generated and emerald are constantly abandoned in the environment, contributing negatively to their preservation. On the other hand the interest in the use of mining waste as an additive in production of ceramic materials has grown among researchers in recent years. The ceramic industry is constantly seeking to expand the market for the sector and trying to improve product quality and increase the variety of applications. The technology of obtaining ceramic coating that uses waste from mining is still a largely unexplored market. Thus, the purpose of this study was to characterize the waste generated from mining emerald as well as to evaluate its potential use as raw material for production melting of ceramic tiles. Ceramic mixtures were prepared from raw materials characterized by X-ray fluorescence and X-ray diffraction. Five compositions were prepared using the waste codes of emeralds from 0%, 10%, 20%, 30% and 40%. Samples were prepared by pressing, sintered at 1000, 1100 and 1200 ºC and characterized to establish their mineralogical composition, water absorption, linear shrinkage and modulus of rupture. The results showed that the residue of emeralds studied can be embedded in the mass of ceramic tiles up to 20% in replacement of feldspar without compromising the end product properties.

A necessidade de reutilizar e reciclar rejeitos e resíduos tem exigido das indústrias cerâmicas novas posturas diante do processo de fabricação e seleção de suas matérias-primas. A indústria de telhas de cerâmica vermelha, apesar de constante progresso, ainda não consegue evitar a grande produção de rejeitos oriundos de processamento deficiente de seus produtos, principalmente na etapa de queima. Produtos super-queimados, trincados, quebrados, sem uniformidade de geometria ou de cores, muitas vezes são descartados em aterros, causando prejuízo ambiental. Além disso, há o desperdício de energia, matéria-prima e mão-de-obra, utilizadas na fabricação de produtos não comercializáveis. Em muitas empresas, tais produtos chegam a representar cerca de 20% de sua produção mensal. Os produtos descartados podem ser reutilizados na produção de cerâmicas, inclusive com maior valor agregado, como grês porcelanato, desde que se conheça seu comportamento quando adicionado à massas cerâmicas. O presente trabalho tem como objetivo estudar o desenvolvimento microestrutural de massas para grês porcelanato contendo rejeitos de telhas, ou chamote. Foram selecionadas duas formulações conhecidas, uma para grês porcelanato e outra para grês, e adicionados teores de chamote de 10%, 20% e 30%. Três temperaturas de queima foram estudadas, 1150 ºC, 1200 ºC e 1250 ºC com taxa de aquecimento de 10 ºC/min. Amostras sinterizadas com e sem chamote foram avaliadas quanto à sua microestrutura, absorção de água e porosidade aparente. Tanto a massa para grês porcelanato como para grês tiveram absorção de água reduzida coma adição de chamote. A massa para grês com adição de 30% de chamore e queimada a 1250 ºC passou a ser considerada grês porcelanato, por ter apresentado absorção de água inferior a 0,5%. O chamote por sua composição mineralógica pode auxiliar na redução da quantidade de matérias-primas fundentes tradicionais, como feldspato e talco, exigidas na fabricação de grês porcelanato.

Aiming at reducing environmental impacts, ceramic industries have worked towards adapting their production methods as well as looking into reusing and recycling their own products. The roof tile industry, despite constant development, still produces large volumes of rejected material, as a consequence of faulty processing, especially during firing. Units depicting signs of overfiring, cracking and distortion, as well as geometry and colour non-uniformities are often discarded with no environmental concern. In addition to that, discarded products have negative economic effects considering the energy, raw materials and working hours used in the fabrication of products that do not go to market. Often, defective roof tiles account for 20% of the monthly production of the ceramic industries. On the other hand, such discarded roof tiles can be reused in the production of new ceramic products, including those with higher added value, such as stoneware tiles. To that end, it is essential to assess the effect of the addition of these ceramic residues in the ceramic mixtures traditionally used to produce stoneware tiles. The present study aimed at investigating the microstructural development of stoneware tile mixtures containing roof tile residues. Contents of 10%, 20% and 30% of residue were added to two different ceramic mixtures. Three firing temperatures were studied, i.e., 1150 ºC, 1200 ºC and 1250 ºC. The heating rate was set to 10 ºC/min. Samples with or without residue were sintered and had their microstructure, water absorption and apparent porosity characterized. The addition of tile roof residue reduced the water absorption of both mixtures studied. By adding 30% residue to mixture 2 and firing at 1250 ºC, it was possible to reduce its water absorption below 0,5%, typical of stoneware tiles. Due to its mineralogical composition, the residue studied can be useful in reducing the large amounts of traditional melting agents, such as feldspar and talc, demanded in the fabrication of stoneware tiles.

Atualmente existe uma grande preocupação por parte das indústrias com a disposição dos resíduos gerados ao longo do processo produtivo. No setor mineral não é diferente, pois este gera grande volume de resíduos. Verificou-se que a indústria de beneficiamento do caulim descarta grandes volumes de resíduo constituído basicamente de caulinita, mica muscovita e quartzo, ocasionando um impacto ambiental, o que tem justificado os esforços de pesquisas para sua solução. Deste modo, foi estudado o efeito da incorporação de um resíduo proveniente do beneficiamento de caulim sobre as propriedades físicas e tecnológicas de revestimentos cerâmicos de alta qualidade. O objetivo é caracterizar e estudar o processamento do resíduo proveniente da indústria de beneficiamento do caulim com adição de uma "massa padrão", fornecida por uma indústria de revestimento cerâmico. O resíduo foi caracterizado por meio de análises de difração de raios X, fluorescência de raios X e determinação do tamanho de partículas. Foram realizados ensaios de absorção de água, porosidade aparente, retração linear após queima, massa específica aparente e tensão de ruptura à flexão, para determinação das propriedades tecnológicas destes materiais. Os resultados mostram que o resíduo estudado pode ser considerado como matéria-prima de grande potencial para a indústria de pisos e revestimentos cerâmicos.

There is a great concern by the industrial area on the disposal of waste generated during the production process. In the mineral sector the situation is the same, because large volumes of waste are disposed. The kaolin processing industry generates waste consisting mainly of kaolinite, mica and quartz muscovite, causing an environmental impact, justifying the research efforts to find a solution for this problem. The effect of the waste from the kaolin processing incorporation on the technological and physical properties of high quality tiles was here studied. This work aims to characterize and to study the processing of the kaolin waste from the industry of kaolin processing by adding of a "standard mass" supplied by an industry of ceramic tiles. The waste was characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence and determination of particle size. Water absorption, apparent porosity, linear firing after sintering, apparent density and bending modulus of rupture analyses were carried out to determine the materials technological properties. Preliminary results show that the studied waste can be considered as a potential raw material for the industry of floor and ceramic tile.

O estudo do ciclo de queima de materiais cerâmicos tradicionais é de grande interesse industrial, visto que são processos que utilizam grande quantidade de energia. Com um ciclo de queima adequado é possível obter um produto de melhor qualidade e com menor consumo de energia térmica, aumentando a produtividade e diminuindo os custos de produção. No Brasil, atualmente, a maioria dos ciclos de queima dos produtos da cerâmica estrutural tem duração em torno de 24 h, sendo normal, em alguns casos, ciclos que chegam a durar mais de 30 h. A inclusão de ciclos de queima mais curtos é atualmente o mais importante processo de inovação em estudo para otimização do processo de queima da indústria de cerâmica estrutural. Este trabalho faz um estudo comparativo das propriedades tecnológicas de materiais cerâmicos de base argilosa queimados por um ciclo de queima tradicional (queima lenta) e um ciclo de queima rápida. Foram utilizadas neste trabalho matérias-primas argilosas procedentes de indústrias de cerâmica estrutural. As taxas de queima utilizadas foram de 1 °C/min (ciclo lento) e 20 °C/min (ciclo rápido) e as temperaturas máximas para as duas taxas de queima foram de 850 °C, 950 °C e 1050 °C. Os resultados obtidos possibilitam uma melhor compreensão dos efeitos do ciclo de queima nas propriedades tecnológicas dos produtos da cerâmica estrutural, permitindo incluir ciclos de queima rápida dependendo das características iniciais das materiais-primas e do processamento utilizado.

In industrial processes that use high temperatures, greater fire great can reduce the cost of production and increase productivity. The use of faster and more efficient fire cycles has been little investigated by the structural ceramic industry in Brazil. As clay materials are submitted to high temperatures, pores are sealed by mass transport mechanisms and a series of thermally activated processes involving the initial constituents. The reactions that take place during firing depend on the nature and composition of the clay materials used. The firing cycle must be tuned to assure the technological performance required for each product, but at the same time minimize the consumption of energy. Samples were pressed under 25 MPa, dried and fired in an electric furnace. The heating rates selected were 2 °C/min (slow cycle) and 20 °C/min (fast firing). The holding time at the sintering temperatures (950 °C and 1050 °C) were null. This paper presents for the first time the use of a fast fire rate for raw materials using a traditional slow cycle and fast cycle were tested from physical and mechanical properties of the burned pieces were measured, with emphasis on water absorption and linear shrinkage tests. Microstructural analysis was performed using X-ray diffraction. The results show that is possible to obtain products with equivalent water absorption values and in enhanced mechanic properties when is used the fast firing.

As cerâmicas porosas possuem um elevado potencial para serem usadas em diversas aplicações importantes. Combinando adequadamente matérias-primas e técnicas de processamento, é possível obter cerâmicas porosas com elevados valores de resistência mecânica, resistência ao ataque químico, elevada refratariedade e elevada uniformidade estrutural. Entre os vários métodos de obtenção de cerâmica porosa, o método de incorporação de produtos orgânicos ao corpo cerâmico é bastante utilizado quando se deseja trabalhar com a porosidade do produto. No entanto, muitas variáveis devem ser analisadas, a começar pela quantidade de material orgânico adicionado ao corpo cerâmico. Este trabalho tem como objetivo a elaboração de cerâmicas porosas com a incorporação do pó-de-madeira ao corpo cerâmico e a análise das propriedades físicas e mecânicas deste material com a variação da temperatura de processamento. Os resultados indicaram que o método é viável, constatando um aumento da fração de poros com a adição do material orgânico e boa resistência mecânica do material.

The porous ceramic have a high potential to be used in several important applications. Combining raw materials with processing techniques appropriately is possible to obtain porous ceramic with high values of mechanical resistance, resistance to the chemical attack, high refratariety and high structural uniformity. Among the several methods of obtaining porous ceramic, the method of incorporation organic products of the ceramic body is very used when wish work with the porosity of the product. However, many variety should be analyzed, to begin the amount of organic material added to the ceramic body. This work has as objective the elaboration of porous ceramic with the incorporation of the wood powder to the ceramic body and the analysis of the physical and mechanical properties of this material with the variation of the processing temperature. The results indicated that the method is viable, verifying an increase of the fraction of pores with the addition of the organic material and good mechanical resistance of the material.