Resumo Vitrocerâmicas do sistema LAS (Li2O-Al2O3-SiO2) com elevada resistência ao choque térmico foram obtidas com sucesso com o uso de um concentrado de espodumênio brasileiro como principal matéria-prima (80%-70% em massa). Duas composições (Li2O.Al2O3.nSiO2) foram produzidas com n= 2 e 4, próximas às composições estequiométricas das fases eucriptita-β e espodumênio-β. A determinação das temperaturas características dos precursores vitrocerâmicos (vidros) foi realizada por dilatometria de contato, calorimetria de varredura diferencial e microscopia de aquecimento. O mecanismo de cristalização e o efeito do agente nucleante (TiO2.2ZrO2) necessário para promover a cristalização volumétrica das matrizes vítreas foram investigados. As alterações microestrutural e estrutural com a variação da temperatura foram também avaliadas por microscopia óptica e difração de raios X. As vitrocerâmicas obtidas apresentaram coeficientes de expansão térmica linear entre -0,370.10-6 e 4,501.10-6 °C-1 no intervalo de 22 a 700 °C.

Abstract Glass-ceramics in the LAS (Li2O-Al2O3-SiO2) system with high thermal shock resistance were successfully obtained using Brazilian spodumene concentrate as the main raw material (80-70 wt%). Two compositions (Li2O.Al2O3.nSiO2) were produced with n= 2 and 4, near to the stoichiometric compositions of β-eucryptite and β-spodumene. The characteristic temperatures of parent glasses were determined by contact dilatometry, differential scanning calorimetry and heating microscopy. The crystallization mechanism and the effect of the nucleating agent (TiO2.2ZrO2) required to promote volume crystallization in the parent glasses were investigated. Microstructural and structural changes with temperature were also evaluated by optical microscopy and X-ray diffraction. The obtained glass-ceramics presented coefficients of thermal expansion between -0.370x10-6 and 4.501x10-6 °C-1 in the 22 to 700 °C range.

Resumo O processo Kraft gera resíduos que podem ser aplicados em diversos processos produtivos, substituindo matérias-primas comerciais, como lama de cal e areia, ricos em carbonato de cálcio e sílica, respectivamente. Neste trabalho foi realizado um estudo para obtenção de cerâmicas porosas a partir da valorização desses resíduos, utilizando-se fibras poliméricas para a interconectividade dos poros. Conforme NBR 10004, os resíduos classificaram-se como não perigosos e inertes (classe II-B). Variaram-se três teores de fibras (12, 20 e 28 vol%) e três temperaturas de queima (1100, 1130 e 1160 ºC). As cerâmicas porosas confeccionadas apresentaram porosidade total de 39% a 53%, resistência à compressão de 15 a 52 MPa e tamanho médio de poros de 2,0 a 7,5 µm. Classificaram-se como cerâmicas para microfiltração, abrangendo filtração de água e gases quentes (aerossóis). A formulação com teor de 28 vol% de fibras e sinterizada a 1160 ºC apresentou melhor relação porosidade/resistência mecânica.

Abstract The Kraft process generates several wastes that can be applied in various production processes, replacing commercial raw materials, like lime mud and sand, riches in calcium carbonate and silica, respectively. In this work, a study was carried out to obtain porous ceramics from the valorization of such waste, using polymeric fibers to promote the interconnectivity of pores. According to NBR 10004, the wastes were classified as non-hazardous and inert waste (class II-B). Three fiber contents (12, 20 and 28 vol%) and three different firing temperatures (1100, 1130 and 1160 °C) were tested. The porous ceramics showed a total porosity of 39% to 53%, compressive strength of 15 to 52 MPa, and average pore size of 2.0 to 7.5 μm. They were classified as microfiltration ceramics for the filtration of water and hot gases (aerosols). The formulation with a content of 28 vol% of fibers and sintered at 1160 °C showed the better porosity/compressive strength relation.

Resumo Neste trabalho investigaram-se cerâmicas quimicamente ligadas com quatro resíduos industriais: areia de fundição, casca cerâmica, escória de níquel e tijolo refratário MgO-C. O sistema foi composto (% em massa) por 17% de fosfato monopotássico, 12% de magnésia cáustica e 71% de resíduo. Foram empregados três tempos de cura (1, 7 e 28 dias). A fase K-estruvita foi identificada por difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A resistência à compressão aumentou com o tempo de cura, variando entre 7 e 17 MPa. As formulações contendo casca de cerâmica e escória de níquel, no entanto, apresentaram os melhores resultados devido à maior densidade relativa apresentada e aos cristais em forma de placa nas microestruturas obtidas. Os resultados mostraram ser possível a incorporação de resíduos industriais para a obtenção de cerâmicas quimicamente ligadas usando-se a técnica de cimento ácido-base.

Abstract In this work, chemically bonded ceramics were studied from four different industrial waste: foundry sand, ceramic shell, nickel slag and MgO-C refractory brick. The system consisted of 17 wt% of monopotassium phosphate, 12 wt% of caustic magnesia and incorporating 71 wt% of waste. Three curing times were tested (1, 7 and 28 days). K-struvite crystalline phase was identified by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The compressive strength increased with the curing time, ranging from 7 to 17 MPa. The formulations containing ceramic shell and nickel slag, nevertheless, showed the best results because of the higher relative density presented and the plate-type crystals in the microstructures obtained. The results showed that it is possible to incorporate industrial waste to obtain chemically bonded ceramics using the acid-base cement technique.

Resumo A produção de papel e celulose está aumentando em todo o mundo e consequentemente a geração de resíduos. Vários materiais são gerados neste processo, tais como cinzas, dregs, grits, lama de cal e lama de ETE. Ao longo dos anos, esses resíduos foram normalmente enviados para aterros ou incinerados. No entanto, com maior consciência ambiental, novas alternativas foram investigadas, especialmente na valorização desses materiais. Nesta revisão, as características do processo, os resíduos gerados e as principais alternativas de reciclagem são abordados. O estado da arte indica que os dregs e lama de cal podem ser usados na agricultura (corretivos de solo) e em tecnologias ambientais, principalmente no tratamento de águas residuais. Os grits são comumente empregados na construção e as lamas de ETE são aplicadas na agricultura, construção e processos energéticos. Em conclusão, esta revisão mostra vários casos bem-sucedidos na reciclagem de resíduos da produção de papel e celulose.

Abstract The production of pulp and paper is increasing worldwide, and wastes are therefore being generated in appreciable amounts. Various materials are generated in pulp and paper mills, such as ash, dregs, grits, lime mud and pulp mill sludge. Over the years, these wastes have typically been sent to landfills or incinerated. However, with increased environmental awareness new alternatives have been investigated, especially the valorization of these materials. In this review, the characteristics of the manufacturing process, generated wastes, main destinations and recycling alternatives are addressed. The state of the art indicates that dregs are useful in agriculture as soil amendments, while lime mud can be used in agriculture and in environmental technology, mainly in wastewater treatment. Grits are commonly employed in construction, and pulp mill sludge shows applications in agriculture, construction and energy processes. In conclusion, this review shows several successful cases of recycling wastes from pulp and paper mills.

Resumo Neste trabalho foram avaliadas algumas propriedades, como sinterabilidade, módulo de elasticidade (E), coeficiente de expansão térmica (CET) e constante dielétrica (εr), em compósitos de nanopartículas de alumina (27-43 nm, 35 m2.g-1) em vários teores (0 a 77 vol%) e uma composição vitrocerâmica LZSA (17,7Li2O-5,2ZrO2-68,1SiO2-9,0Al2O3, em base molar). Pós secos das matérias-primas empregadas (alumina e vidro precursor de LZSA) foram prensados uniaxialmente (40 MPa) e os compactos obtidos foram sinterizados a 600-950 °C (1 h de patamar). Estudos de difração de raios X (DRX) foram realizados para se investigar as reações em estado sólido que ocorreram nas composições à base dos vitroceramicos LZSA durante a sinterização. Os resultados de DRX foram relacionados com o CET, E e εr das amostras sinterizadas. O CET dos compósitos obtidos diminuiu com o aumento do teor de alumina principalmente devido à formação de espodumênio-βss (solução sólida Li2O.Al2O3.4-10SiO2). Os resultados relativos ao E (22,3±1,5 GPa) e εr (3,1±1,3) para o compósito com 5,6 vol% de adição, sinterizado a 850 °C por 1 h, indicaram primariamente a possibilidade de desenvolvimento de materiais com propriedades adequadas para aplicações relacionadas à tecnologia de LTCC (low temperature co-fired ceramics).

Abstract In this work, some properties, such as sinterability, modulus of elasticity (E), coefficient of thermal expansion (CTE) and dielectric constant (εr), of composites constituted by nanoparticulate alumina (27-43 nm, 35 m2.g-1) in different contents (0 to 77 vol%) and a LZSA glass-ceramic composition (17.7Li2O-5.2ZrO2-68.1SiO2-9.0Al2O3, molar basis) were evaluated. Dry powders of the raw materials (alumina and LZSA parent glass, frit) were uniaxially pressed (40 MPa) and the obtained compacts were sintered at 600-950 °C (1 h holding time). X-ray diffraction (XRD) study was performed in order to investigate the solid-state reactions occurred in LZSA-based compositions during sintering. XRD results were correlated to the CTE, E and εr of sintered samples. The CTE of the obtained composites decreased as alumina content increased mainly due to the β-spodumeness (solid solution Li2O.Al2O3.4-10SiO2) formation. The results concerning the E (22.3±1.5 GPa) and εr (3.1±1.3) for the composite with 5.6 vol% addition sintered at 850 °C for 1 h indicated, in a preliminary way, the possibility of development of materials with suitable properties for applications concerning to the low temperature co-fired ceramic (LTCC) technology.

Resumo Os resíduos do setor de papel e celulose são potenciais para serem usados como materiais alternativos na produção de clínqueres. Neste estudo, ecoclínqueres foram obtidos utilizando apenas resíduos como matéria-prima. Ecoclínqueres com diferentes teores de C3S e C2S foram produzidos e hidratados por 7 dias a 40 °C, ou por 28 e 90 dias em temperatura ambiente. As potencialidades destes resíduos e dos produtos obtidos foram reveladas através de análise química (FRX), térmica (ATD/TG) e de área superficial (BET). Para comparação, um cimento Portland comercial (OPC) foi testado. Como esperado, a taxa de hidratação das formulações apresentando maior teor de C3S foi maior, gerando maiores quantidades de Ca(OH)2. Além disso, a quantidade de portlandita formada foi menor quando comparada ao OPC.

Abstract Industrial wastes from pulp and paper mills are potentially useful materials to use as alternative materials in clinker production. In this study, eco-friendly clinkers were obtained using only waste as feedstock. Eco-friendly clinker with different C3S and C2S contents were produced and hydrated for 7 days at 40 °C, or for 28 and 90 days at room temperature. The potentialities of these waste and the products obtained were revealed through chemical (XRF), thermal (DTA/TG) and surface area (BET) analysis. For comparison, a common ordinary Portland cement (OPC) was tested. As expected, the hydration rate of formulations presenting higher C3S content was higher, generating higher amounts of Ca(OH)2. Furthermore, the amount of Portlandite formed was lower when compared to OPC.

Resumo O conforto térmico em edifícios residenciais tornou-se um fator importante para o desempenho e aplicação funcional de materiais em sistemas construtivos. Neste cenário, adota-se também alguns conceitos relacionados à sustentabilidade, como a reciclagem de resíduos industriais. Muitos destes materiais, como a cinza de casca de arroz, tornam-se alternativas minerais interessantes para a produção de blocos de cerâmica estrutural e/ou de vedação com propriedades isolantes. Neste trabalho, amostras cerâmicas de composições formuladas constituídas de matérias-primas naturais (argilas) e cinza de casca de arroz (8 a 20% em massa), como fonte mineral alternativa, foram preparadas, extrudadas e na sequência, após processo de secagem a 110 °C, queimadas a 965 °C durante 2 h. Os resultados mostraram a viabilidade da adição de cinza de casca de arroz na produção de blocos cerâmicos com porosidades entre 16 e 32%, resultando em considerável redução de sua condutividade térmica (até 27%).

Abstract Thermal comfort of residential buildings has become an important factor for the performance and functional application of materials in constructive systems. In this scenario, it also takes some concepts related to sustainability, such as the recycling of industrial wastes. Many of these materials, such as rice husk ash (RHA), become interesting mineral alternatives for production of structural and/or sealing ceramics blocks with insulating properties. In this paper, ceramic samples of formulated compositions constituted of natural raw materials (clays) and rice husk ash (8 to 20 wt%) as an alternative mineral source, were appropriated prepared, extruded and then, after drying process at 110 °C, fired at 965 °C for 2 h. The results showed the feasibility of adding rice husk ash in the production of ceramic blocks with porosities in the 16 to 32% range, resulting in a considerable reduction of their thermal conductivities (up to 27%).

ResumoO desenvolvimento de atividades de valorização de resíduos sólidos pode viabilizar a produção de produtos industriais com elevado potencial de reaproveitamento como fonte alternativa mineral. Atualmente, os resíduos sólidos industriais tornaram-se uma importante linha de pesquisa na área de Engenharia. Apesar disso, poucos estudos têm sido realizados com interação efetiva de parâmetros ambientais, econômicos e sociais que demonstram aplicações destas matérias-primas pela indústria de transformação. Neste trabalho são apresentados e discutidos os resultados de investigação relacionados à valorização de um resíduo sólido industrial (casca cerâmica) gerado no processo de fundição de precisão por cera perdida. Este material apresenta características muito interessantes e adequadas à produção de filtros cerâmicos refratários. Desta forma, cerâmicos porosos foram obtidos através do processo da réplica poliméricae o seu desempenho testado industrialmente na filtragem de ferro fundido no estado líquido (1,76 kg/s). Os componentes metálicos produzidos apresentaram excelente acabamento superficial.

AbstractThe activities development of valorization of solid waste can facilitate the production of industrial products with high reuse potential as mineral alternative source. Currently, the industrial solid wastes have become an important line of research in Engineering. Nevertheless, few studies have been conducted with effective interaction of environmental, economic and social parameters that demonstrate applications of these raw materials in the manufacturing industry.In this paper are presented and discussed the research results related to the valorization of a solid industrial waste (ceramic shell) generated in the investment casting by lost-wax process.This material has very interesting features and suitable for the production of refractory ceramic filters.Thus, porous ceramics were obtained by the method of the replica polymeric and their performance tested in industrial filtering of cast iron liquid (1.76 kg/s). The produced metals components showed excellent surface finish.

A mesorregião centro-norte do Estado de Mato Grosso do Sul oferece um grande potencial de uso por transformação industrial de areias de quartzo. Depósitos sedimentares coluvionares e fluviais de quartzo foram caracterizados a partir de 100 amostras analisadas do ponto de vista de suas propriedades químicas, físicas e mineralógicas.Os resultados revelaram teores relativamente elevados de sílica (SiO2) e reduzidos de óxido de ferro (Fe2O3). Assim, 70% das amostras apresentaram mais que 90% de SiO2 e 63% menos que 1% de Fe2O3. As análises de tamanho de partículas indicaram tamanho médio entre 150 e 500 µm para 90% das amostras. Desta forma, a viabilidade de utilização das areias de quartzo caracterizadas é discutida para a produção industrial de vidros.

The north-central region of the State of Mato Grosso do Sul, Brazil, offers great potential for the efficient and sustainable use of quartz sand, taking into account their occurrence in colluvial and fluvial sedimentary deposits and also its versatility in terms of abundance and mineral properties. Thus, 100 drilling points were defined and the samples characterized in terms of their chemical, physical and mineralogical properties. The main results showed that the characterized sands have relatively high contents of silica (SiO2) and low iron oxide (Fe2O3), that is, 70% of samples containing more than 90% SiO2 and 63% of samples containing less than 1% Fe2O3. Particle size analysis revealed an average particle size between 150 and 500 µm for 90% of samples. Thus, the feasibility of using quartz sand for the production of glass is presented and discussed.

Neste trabalho, a técnica de viscosimetria foi utilizada para avaliar as características reológicas de suspensões preparadas com precursor vitrocerâmico do sistema LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3). A partir da caracterização reológica, foi possível estabelecer condições composicionais adequadas de fração de sólidos, dispersante e monômeros orgânicos. A quantidade de agente espumante para produção de espumas vitrocerâmicas por gelcasting foi determinada pela variação volumétrica após agitação. As espumas resultantes foram submetidas a tratamentos térmicos no intervalo de temperatura compreendido entre 200 e 500ºC/60 min, para degradação da matéria orgânica e a 950ºC/60 min para sinterização e cristalização. Com os corpos cerâmicos porosos foram realizadas medidas de retração térmica, densidade aparente, análise microestrutural e resistência mecânica. A adequação das características reológicas do precursor LZSA por gelcasting permitiu a produção de espumas com elevada porosidade (> 90%) aberta e interconectada com boa estabilidade térmica e com resistência mecânica compatível com cerâmicas porosas.

In this work the viscosimetry technique was used to evaluate the rheological characteristics of ceramic suspensions prepared with a LZSA (Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3) glass. From the rheological characterization it was possible to establish optimized conditions of solid fraction, dispersant, organic monomers and foaming agent for the production of glass-ceramic foams by gelcasting. The resulting foams were subjected to heattreatments at 200-500ºC/60 min, for degradation of organics and at 950ºC/60 min for sintering and crystallization. With the obtained porous ceramic bodies linear thermal shrinkage, apparent density and mechanical strength measurements as well as microstructural analysis were performed. The adaptation of the rheological characteristics of the LZSA parent glass powder with the gelcasting processing technique allowed the production of ceramic foams with high open and interconnected porosity (>90%) with good thermal stability and with mechanical strength suitable for the production of porous ceramics.

Suspensões cerâmicas em meio aquoso foram preparadas a partir de precursor vitrocerâmico (pó vítreo) do sistema LZSA (LiO2-ZrO2-SiO2-AlO2). As condições de processamento foram estabelecidas através das características do precursor vitrocerâmico e do estudo reológico das suspensões formuladas. A partir da caracterização granulométrica do pó vítreo, variou-se a concentração de sólidos entre 30-40% (em volume), de dispersante poliacrilato de amônia entre 1,0-3,0% (PAA) e de ligante polialcoolvinílico (PVA) entre 0,1-0,5% (com base na massa de sólidos da suspensão). Considerando-se a influência da concentração dos adjuvantes reológicos, assim como as características desejadas para os corpos cerâmicos a verde (elevada densidade), as suspensões foram processadas por colagem de barbotina. Os resultados revelaram que suspensões processadas com 40% de sólidos, 2% de PAA e 0,3% de PVA, proporcionaram as melhores condições para colagem de barbotina do sistema LZSA.

Aqueous ceramic suspensions were prepared from a parent glass powder belonging to the LZSA (LiO2-ZrO2-SiO2-AlO2) glass-ceramic system. The processing conditions were established by the physical and chemical characteristics of the parent glass powder and by the rheological study of the formulated suspensions. Knowing the characteristics of the glass powder, such as the particle size, the solid content was varied on the suspensions. The solid content was varied from 30 to 40 vol.% and the additives added were ammonium polyacrylate as dispersant (PAA) and polyvinyl alcohol (PVA) as binder from 1.0 to 3.0% and 0.1-0.5% (based on solid weight in the suspension), respectively. Considering the influence of the additives on the rheological behavior as well as the desired characteristics for ceramic green bodies (high density) the suspensions were processed by slip casting. The results showed that suspensions processed with 40% solids, 2% PAA, 0.3% PVA, provided the best conditions for slip casting of LZSA glass powders.