Abstract Iron foundry slag and hydrated lime were used in glass preparation by the melt-quenching method. The glass obtained was heat-treated using the thermal analysis technique. A crystallization kinetics study was carried out with glass powder samples using a non-isothermal method at five different heating rates by differential scanning calorimetry (DSC). Considering that few studies compare kinetic results obtained by different methods, in this work, the activation energy (Ea) of the crystallization process was obtained using the Kissinger and Augis-Bennett models for comparison purposes. The Ea results showed negligible variation in comparing the methods used, nevertheless, linear fitting of crystallization peaks was slightly better by the Augis-Bennett than the Kissinger model. The Avrami index values showed an increasing nucleation rate for two stable phases and decreasing for the metastable phase present in the glass-ceramic. Avrami indexes obtained also indicated an interface-controlled particle growth, whose scanning electron microscopy images showed different morphologies of crystalline particles in the bulk of the glass matrix.

Resumo A reciclagem tem sido apontada como alternativa ao descarte de resíduos em aterros industriais. No presente trabalho é mostrada a transformação de resíduos (areia descartada de fundição - ADF, grits e lama de cal) em materiais vitrocerâmicos. Os vidros foram obtidos pelo método de fusão/resfriamento. Os materiais precursores, compostos vítreos e vitrocerâmicos foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e calorimetria exploratória diferencial/análise termogravimétrica (CED/ATG). Os materiais vítreos foram moídos, pastilhados e tratados termicamente nas temperaturas de cristalização obtidas por CED para preparar os materiais vitrocerâmicos (885, 961 e 1090 ºC). As fases obtidas foram cristobalita, α-wolastonita (parawolastonita) e β-wolastonita (pseudowolastonita). As vitrocerâmicas apresentaram baixa absorção de água e porosidade aparente (0,26 até 0,88 wt% e 0,66 até 1,77 vol%, respectivamente). Os resultados confirmaram que os resíduos estudados podem ser utilizados como matéria-prima na fabricação de materiais vítreos e vitrocerâmicos.

Abstract Recycling has been pointed out as an alternative to the disposal of waste materials in industrial landfills. In the present study, the transformation of residues (discarded foundry sand - DFS, grits, and lime mud) in glass-ceramic materials is shown. The glasses were obtained by the melting/cooling method. The precursor materials, glasses, and glass-ceramics were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and differential scanning calorimetry/thermal gravimetric analysis (DSC/TGA). The glassy materials were milled, pelleted, and thermally treated at the crystallization temperatures given by DSC data to obtain the glass-ceramics (885, 961, and 1090 ºC). The main formed phases were cristobalite, α-wollastonite (parawollastonite), and β-wollastonite (pseudowollastonite). The glass-ceramics showed very low water absorption and apparent porosity (0.26 to 0.88 wt% and 0.66 to 1.77 vol%, respectively). The results confirmed that the studied residues can be used as raw materials for the manufacture of vitreous and glass-ceramic materials.

Abstract Construction and demolition waste (CDW) production is a growing factor on a global scale and its incorrect disposal becomes an increasingly common problem in cities. It is estimated to represent, on average, 50% of the urban solid waste mass in the world. In this sense, an alternative to the destination is their reuse. In this work, the properties of interlocking concrete pieces for paving with the CDW in substitution to large aggregates were analyzed. The substitution occurred in fractions from 20 to 100 wt% of CDW in cylindrical test specimens to find the ideal substitution content, so that to prepare pre-molded concrete blocks. The piece properties obtained were analyzed according to Brazilian standards for compressive strength and water absorption. Therefore, the influence of the residue incorporation in the pieces, from the technical viewpoint, was verified. The sample that presented the best performance had a substitution of 20% of the natural aggregate by crushed CDW.

Foram avaliadas, durante o processo de sinterização, as propriedades mecânicas de peças cerâmicas a base de argila com adição de rocha sedimentar. Foram preparados corpos de prova com 0, 20, 40, 60 e 80% em peso de rocha adicionada ao material argiloso. As peças foram sinterizadas nas temperaturas de 500, 800, 900, 1000, 1100 e 1200 °C e, posteriormente, submetidas à análise de difração de raios X e a ensaios tecnológicos Os resultados de difração de raios X mostram que a rocha sedimentar apresenta argilominerais micáceos enquanto o material argiloso possui a caulinita como fase principal. Técnicas de análises térmicas e difração de raios X das diferentes misturas mostram reações que indicam transformação (inversão do quartzo), decomposição (perda de hidróxidos) e formação de fase (mulita) durante o aquecimento das amostras. Os ensaios tecnológicos mostram que a adição da rocha sedimentar melhora algumas propriedades do material sinterizado, auxiliada pela presença de fundentes. Entretanto, a presença de quartzo na rocha dificulta a formação da fase mulita. A formação de novas fases e as transformações ocorridas no aquecimento e resfriamento das amostras ajuda explicar as propriedades tecnológicas dos materiais cerâmicos.

The physical and mechanical properties of clay-based ceramic probes with sedimentary rock added as the non-plastic component were evaluated. Samples were prepared with 0, 20, 40, 60 and 80 wt.% of rock added to the clay material. Pressed (7 ton) probes were sintered at 500, 800, 900, 1000, 1100 and 1200 °C and submitted to X-ray diffraction analysis and technological characterization. The X-ray diffraction results showed that the sedimentary rock had micaceous clay minerals, while the clay material had kaolinite as the main phases. Thermal analysis and X-ray diffraction showed reactions that indicated transformation (inversion of quartz), decomposition (loss of hydroxides) and phase formation (mullite) during heat treatment of the samples. The technological tests showed that the addition of sedimentary rock improved some properties of the sintered material, aided by the presence of fluxes. However, the presence of quartz in the rock hampered the formation of the mullite phase. The formation of new phases and transformations occurring during the heating and cooling of the samples helped explain the technological properties of ceramic materials.

O resíduo (lodo) gerado nos decantadores das Estações de Tratamento de Água (ETA) possui composição variada, de acordo com a região onde ela está localizada, com o mês de coleta e com o coagulante usado. Neste trabalho foram feitas caracterizações, física, química e mineralógica, deste lodo e ensaios tecnológicos em corpos de prova, com a finalidade de avaliar a possibilidade de incorporação deste resíduo em massa cerâmica para produção de tijolos. Retração linear, absorção de água, porosidade e massa específica aparente e ensaios de resistência à flexão em corpos-de-prova, com diferentes concentrações de lodo, foram avaliadas. Também, foi avaliado o efeito do tipo de floculante usado na ETA, sobre as propriedades dos corpos-de-prova. A análise mineralógica mostrou que estes lodos apresentaram composição parecida com as das argilas usadas pelas cerâmicas. Em geral, a adição destes materiais à massa cerâmica piorou suas propriedades, entretanto, os valores obtidos para as propriedades tecnológicas ainda permaneceram dentro dos valores limites aceitáveis para a produção de tijolos, dependendo da temperatura de queima e da concentração na mistura. O lodo obtido com floculante à base de alumínio, em geral, prejudicou mais as propriedades cerâmicas do que aqueles à base de ferro. Os resultados indicaram que o lodo de ETA pode ser incorporado à massa cerâmica para produzir material cerâmico.

The residue (sludge) produced in the decantation ponds of Water Treatment Plants (WTP) has variable composition according to the regional WTP localization, the month of collection and the chemical used to flocculation. In this work the sludge was submitted to physical, chemical and mineralogical characterization. Also, technological trials were realized on ceramic probes to evaluate the possibility of sludge incorporation in ceramic mass used to produce bricks. Linear shrinkage, water absorption, mechanical resistance to flexion, apparent porosity and density were evaluated in samples with different sludge concentration. Also, the effect of the chemical product used by the WTP to flocculate the solid particles on the probe ceramic properties was evaluated. The mineralogical analysis showed that the sludge and the ceramic mass had equivalent composition. As a general rule the sludge incorporation make worse the ceramic properties of the probes. Depending on the temperature of firing and the sludge concentration, the measured values can be in accordance with the limit-accepted values to produce bricks. The sludge flocculated by chemicals with aluminum is more deleterious than that obtained by using chemicals with iron. The results indicated that ETA sludge can be mixed to the raw material to produce massive bricks.

O objetivo principal deste trabalho é destacar o potencial da análise de imagens na interpretação de fotomicrografias de argilominerais. Foram usadas imagens de argilas obtidas com um microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução e um programa de análise de imagens. A manipulação das imagens, usando as diferentes ferramentas do programa, permite melhorar sua qualidade e quantificar alguns parâmetros importantes, tais como a morfologia estrutural dos diferentes compostos, os espaçamentos interplanares e o ângulo de inclinação das franjas de rede, o tamanho e a morfologia de grãos do material, dentre outras medidas de interesse. Foram aplicados diversos filtros para melhorar a imagem inicial e a transformada rápida de Fourier foi aplicada em imagens individuais de grãos que apresentam franjas de rede. Além desses filtros, o programa tem outras ferramentas que podem ser usadas para fazer medidas (de diâmetros, áreas, comprimentos etc.), que permitem determinar distâncias interplanares dos planos (hkl) selecionados. Embora o programa possa ser usado em outras aplicações interessantes (por exemplo, em análise metalográfica de fotografias obtidas com microscópio óptico), neste trabalho são mostrados os resultados obtidos na análise de algumas franjas de rede de argilominerais.

The main objective of this paper is to show the potential image analysis on microscopy images interpretation of clay minerals. An image analysis software was applied to manipulate High-Resolution Transmission Electron Microscopy images of clays to improve them. Afterwards some parameters such as interplanar spacing were measured. It is also possible to measure others parameters like the angle between crossed lattice fringes, grain morphology, orientation, elongation, and crystallite sizes. The technique involves the application of fast Fourier transforms to single particles, application of the spike-boost program accessory to improve the images, and after that it is applied the inverse FFT. Although the program can be used to other interesting applications (for example, metallographic analysis of optical photomicrographs) in this paper the results obtained from the analysis of some clays minerals lattice fringes are shown.

Argilas de interesse da indústria de cerâmica estrutural foram caracterizadas. Algumas propriedades físicas de diversas massas cerâmicas, preparadas a partir de material coletado em depósitos artificiais, também foram analisadas. Todas as massas investigadas exibem alta concentração de componentes finos (< 2 mim) e considerável grau de plasticidade, o que é compatível com a presença de elevado teor de argilominerais. Corpos de prova cerâmicos foram preparados por prensagem a seco e queimados em temperaturas ao redor de 855 °C. Os parâmetros resistência mecânica à flexão, retração linear, absorção de água, cor aparente e perda de peso foram medidos. Como resultado, as aplicações industriais destas matérias primas foram analisadas e revistas, bem como novas aplicações foram propostas.

Clays and ceramics of interest to the structural ceramic industry were characterized. Some physical properties of ceramic masses formulated from artificial deposits exploited by the local industry were also analyzed. All materials investigated exhibit high contents of fine components (< 2 mum) and significant plasticity that is compatible with the presence of a great amount of clay minerals. Ceramic probes were prepared by dry pressing and fired at around 855 °C. Flexural strength, linear shrinkage, water absorption, apparent color and weight loss were measured. In addition, the industrial applications of these raw materials were reviewed and newest potential uses proposed.

A plasticidade e a granulometria da massa cerâmica são dois parâmetros importantes para o processo de produção de tijolos e telhas. Estes dois parâmetros e a composição mineralógica definirão a qualidade e propriedades (cor, resistência mecânica, absorção de água, trincas, mudanças nas dimensões durante a secagem e queima, etc.) do produto final. Na indústria cerâmica brasileira é comum misturar dois ou mais tipos de "barro" para se obter a massa cerâmica com a granulometria e plasticidade desejada. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a matéria prima coletada nas várzeas dos rios Paraná e Paranapanema e a massa cerâmica usada pela indústria cerâmica do oeste do Estado de São Paulo. Difratometria de raios X, análise textural, limite de plasticidade e concentração de matéria orgânica foram usadas para caracterizar as amostras. A análise textural mostra que a fração argila variou de 38,2 a 66,3 %, a fração silte de 22,2 a 49,7 % e a fração areia de 3,1 a 34,1 %. A concentração de matéria orgânica varia de 5 a 7 %. Os resultados de difração de raios X mostram que todas as amostras possuem caulinita e muitas delas tem argilas do grupo das esmectitas, argilas interestratificadas e mica. Gibsita, óxidos de ferro e de titânio e quartzo são também identificados. Uma amostra usada para "pintar" potes é rica em goetita. Os resultados indicam que as massas cerâmicas tem alta concentração de argila na sua composição e devem ser misturadas com argila "magra". Caulinita é a fase majoritária em todas as amostras, dando uma boa plasticidade para a produção de tijolos e telhas por extrusão.

Plasticity and the grain-size distribution of the raw material used to make structural bricks and roof tiles are very important to the production process. These two parameters and the mineral composition will define the quality and properties of the final product: color, mechanical resistance, water absorption, cracks, swell and shrink during drying and firing the ceramic pieces etc. In the Brazilian ceramic industry it is very common to mix together two or more different kinds of raw material to achieve the ceramic mass with the desired grain-size distribution. The objective of this work was to characterize the raw material collected at the floodplains of the Paraná and Paranapanema Rivers and the ceramic mass used by the ceramic industry in western São Paulo State, Brazil. Particle size distribution, organic matter and X-ray diffraction were used to study this material. The textural analysis indicates that the raw materials have the clay fraction ranging from 38.2% to 66.3%, the silt from 22.2% to 49.7% and the sand from 3.1% to 34.1%. The results indicate that all mixed raw materials have more clay in its composition than would be necessary. The organic matter ranges from 5 to 7%. All samples have kaolinite and many of them have smectites, HIV and mica. Gibbsite, iron and titanium oxides, and quartz are also identified. One of the samples (yellow) is rich in goethite.