Fabricação de tijolos a partir de rejeitos de ferro

Os rejeitos de ferro são uma matéria-prima mineral composta, que consiste em resíduos minerais descartados na forma de lama após o processamento e a separação magnética do minério de ferro. Sua composição inclui componentes tanto químicos quanto minerais. O principal componente é o quartzo, contendo principalmente SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO etc., além de pequenas quantidades de K₂O, Na₂O, S, P e outros elementos. Na maioria dos rejeitos de ferro, o principal componente é o SiO₂. Para rejeitos utilizados como matéria-prima para materiais de construção, a propriedade fundamental é sua reatividade química em uma solução de Ca(OH)₂. Embora os rejeitos de ferro em si quase não possuam propriedades cimentícias hidráulicas, quando o pó de rejeitos de ferro misturado com água reage com Ca(OH)₂ em temperatura normal ou em condições de cura hidrotérmica, podem se formar compostos com boas propriedades cimentícias hidráulicas. Além disso, de acordo com a teoria da estrutura hierárquica dos materiais compostos reforçados por partículas, o principal papel dos aditivos minerais é reagir com o material cimentício para formar géis ou minerais microcristalinos, aumentando assim a quantidade da fase cimentícia. O princípio é semelhante ao dos materiais de construção produzidos a partir de rejeitos por hidrossíntese.

5.1.1.1 Produção de tijolos não cozidos e tijolos autoclavados

Tijolos não vaporizados e não cozidos são um tipo de material de construção à base de rejeitos cimentados. Trata-se de materiais ou produtos de construção obtidos pela aglomeração de partículas de rejeitos em um todo, por meio de um material cimentante, à temperatura ambiente ou abaixo de 100 °C, resultando em formas regulares que atendem aos requisitos de uso. Nesses materiais, os rejeitos atuam principalmente como agregados e, em geral, não participam das reações químicas que formam o material; no entanto, sua própria morfologia, distribuição granulométrica, estado da superfície, resistência mecânica e estabilidade química têm um impacto significativo no desempenho técnico do material. O princípio fundamental é que as matérias-primas reagem com a água ao serem misturadas, formando substâncias como o silicato de cálcio hidratado (CSH) e o aluminato de cálcio hidratado (CAH) (onde C = CaO, S = SiO₂, A = Al₂O₃, F = Fe₂O₃). Esses dois produtos de hidratação ligam as partículas de rejeitos de ferro entre si e são também a principal fonte de resistência dos tijolos de rejeitos de ferro.

O Instituto de Pesquisa Mineira de Ma’anshan produziu com sucesso tijolos não cozidos utilizando rejeitos das minas de ferro de Qidashan e Waitoushan. Esse tipo de tijolo de parede não cozido utiliza areia fina de rejeitos (SiO₂ > 70%) como principal matéria-prima, misturada com uma pequena quantidade de agregado, material cimentício calcário e aditivos. Adiciona-se a quantidade adequada de água e, após mistura uniforme, a mistura é moldada em uma prensa de 60 t a uma pressão de 19,6–114,7 MPa. Após a desmoldagem, os tijolos são curados em condições padrão (cura natural) por 28 dias até se tornarem produtos acabados. O fluxo do processo é mostrado na Figura 5-1. Os tijolos de rejeitos de Qidashan e Waitoushan foram testados, e todos os indicadores atenderam aos requisitos do tijolo padrão de grau 100 especificados nas “Condições Técnicas para Tijolos de Argila Não Sinterizados”, emitidas pelo antigo Departamento Nacional de Materiais de Construção.

A Universidade de Tecnologia de Dalian, em cooperação com a Mina de Ferro Angang Dagushan, utilizou rejeitos de ferro e cal como principais matérias-primas, juntamente com quantidades adequadas de materiais modificados e aditivos, para desenvolver tijolos de rejeitos curados a vapor. Esses tijolos apresentaram boas propriedades físicas e mecânicas, atendendo aos requisitos dos tijolos padrão de grau 100 e superiores.

Feng Xueyuan e col. utilizaram rejeitos de ferro com alto teor de silício, com características típicas da região de Longguan, no município de Chicheng, cidade de Zhangjiakou, para produzir tijolos não vaporizados e não cozidos. Os tijolos atenderam aos requisitos da norma nacional para MU10 em termos de resistência à compressão e à flexão. Com a proporção ideal da mistura, a taxa de aproveitamento dos rejeitos atingiu quase 50%. Zhang Jinrui, Jia Qingmei e outros utilizaram rejeitos da mina de ferro de Tangshan Shirengou, adicionando algum agregado grosso e cimento em seu estudo experimental, e produziram tijolos de rejeitos com classes de resistência MU10 e MU15. O teor de rejeitos na mistura bruta chegou a 70%.

O processo de fabricação de tijolos autoclavados a partir de rejeitos de ferro é basicamente o mesmo que o utilizado para tijolos não vaporizados e não queimados, sendo a principal diferença o regime de cura. Jia Qingmei, Zhang Jinrui e outros também realizaram pesquisas sobre a fabricação de tijolos autoclavados a partir de rejeitos de ferro com alto teor de silício da mina de ferro de Tangshan Shirengou, obtendo bons resultados. Após a adição de materiais corretivos, o dosagem, a preparação da mistura e a moldagem por vibração, os resíduos de ferro foram submetidos a autoclave por 11 horas. Os tijolos de resíduos de ferro autoclavados resultantes atenderam às normas relevantes de resistência à compressão e à flexão, com uma taxa de aproveitamento particularmente alta dos resíduos de ferro, com média de 50% na mistura de matérias-primas.

Fig. 5-1 Fluxo do processo de produção de tijolos de rejeitos não cozidos

Fabricação de tijolos decorativos para paredes e pisos

A produção de tijolos decorativos de revestimento a partir de rejeitos de ferro caracteriza-se por um processo simples, baixo custo de matéria-prima, boas propriedades físicas, uma superfície lisa e atraente e um efeito decorativo comparável ao de outros tipos de tijolos decorativos de revestimento (por exemplo, tijolos de cimento para piso, ladrilhos cerâmicos esmaltados). Chen Jichun et al. produziram com sucesso tijolos de pavimentação coloridos prensados utilizando rejeitos de ferro com baixo teor de silício (rejeitos de tamanho superior à peneira da Mina de Ferro de Chengchao, da Wuhan Iron and Steel Mining Company). A proporção ideal da mistura foi determinada como cimento : cinza volante : areia de rejeito = 25 : 10 : 65, com uma relação água-cimento de 8%. Posteriormente, eles estudaram a influência de diferentes aditivos no desempenho do produto. Utilizando rejeitos de ferro com baixo teor de silício (que são difíceis de aproveitar) juntamente com cinza volante descarregada a úmido, cimento Portland comum 425# e aditivos TN, TH, TB, FN e TNC (reagentes quimicamente puros disponíveis no mercado), eles produziram tijolos de pavimentação. A ordem do efeito de reforço dos aditivos sobre a resistência dos tijolos e outras propriedades foi determinada como FN > TNC > TN > TB > TH. Zhang Yi et al. utilizaram rejeitos de ferro de Huangmeishan, na província de Anhui, como principal matéria-prima para produzir tijolos coloridos para piso por meio de um processo de moldagem por vibração reversa e um processo de prensagem. A resistência à compressão dos tijolos excedeu a norma nacional, atendendo aos requisitos de construção de estradas. As proporções da mistura e os dados relacionados são apresentados na Tabela 5-1. Os tijolos coloridos para piso produzidos pelo processo de vibração reversa são atraentes, de alta resistência, antiderrapantes e resistentes ao desgaste. Esse processo requer baixo investimento, proporciona retorno rápido, gera produtos de alta qualidade com grande variedade e oferece alto valor agregado. No entanto, a demanda e os custos de transporte são elevados. O processo de prensagem apresenta alto grau de automação, grande produção unitária, fluxo de processo simples e alta eficiência produtiva. Ele oferece muitas vantagens, como resistência ao deslizamento, resistência ao desgaste, resistência ao congelamento e descongelamento, drenagem de água, facilidade de assentamento, remoção, remendo e reparo. Esses ladrilhos são amplamente utilizados em parques, estradas e praças, com enorme demanda e grandes perspectivas de desenvolvimento.

O Instituto de Pesquisa Mineira de Ma’anshan utilizou rejeitos finos das minas de ferro de Qidashan e Waitoushan, adicionou uma pequena quantidade de material cimentício inorgânico, cimento Portland comum, cimento Portland branco e uma quantidade adequada de água e, após mistura e agitação uniformes, produziu tijolos decorativos para revestimento utilizando uma construção de duas camadas (camada de base e camada superficial). O processo de produção é mostrado na Figura 5-2. Testes realizados nos produtos demonstraram que sua resistência à compressão…

Tabela 5-1 Proporções das misturas e resultados dos ensaios de resistência à compressão

Fig. 5-2 Diagrama de fluxo do processo de produção de tijolos decorativos para revestimento

A resistência média à compressão é de 19,6 MPa; a resistência à flexão é de 5,0 MPa, e a resistência aos álcalis e à corrosão é relativamente elevada. A produção de tijolos decorativos a partir de rejeitos de ferro apresenta um processo simples, baixo custo de matéria-prima, boas propriedades físicas, uma superfície lisa e atraente e um efeito decorativo comparável ao de outros tipos de tijolos decorativos (por exemplo, tijolos de cimento para piso, ladrilhos cerâmicos esmaltados).

A Universidade de Tongji, em cooperação com a Mina de Ferro de Gushan da Ma’anshan Iron and Steel Co., utilizou pó de rejeitos com tamanho de partícula inferior a 0,15 mm como matéria-prima principal, misturado com 10%–15%, e prensou-os em tijolos para paredes e pisos de diversas especificações e formatos. Os tijolos produzidos são marrons, sem adição de pigmentos, com cor uniforme que não desbota, tornando-os adequados para alvenaria à vista. O uso de cimento Portland como aglutinante proporciona resultados ainda melhores e simplifica ainda mais o processo. Os tijolos decorativos de revestimento produzidos são especialmente adequados para revestimento de paredes externas. Alternativamente, a superfície dos tijolos acabados pode ser tratada com resina de poliéster insaturada misturada a pigmentos de diferentes cores para produzir tijolos de revestimento brilhantes, de cor única ou com padrão de mármore natural. Os tijolos também podem ser fabricados sem nenhum pigmento, utilizando apenas resina ou outros revestimentos para produzir tijolos brilhantes marrom-escuros, que podem substituir azulejos cerâmicos comuns e mármore artificial na decoração de interiores. Os tijolos de rejeitos tratados por cura com vapor atmosférico apresentam resistência à compressão de 12,4 MPa e resistência à flexão de 3,0 MPa. Quando uma quantidade adequada de cinza volante e uma pequena quantidade de gesso são adicionadas à mistura, a resistência pode ser aumentada para mais de 20,0 MPa. Além disso, testes demonstraram que esse tipo de tijolo de rejeitos também é um material resistente à ação atmosférica.

 Produção de tijolos de areia e cal prensados à máquina

A planta de beneficiamento da Mina de Ferro de Jinling, levando em conta as características da mina, utiliza rejeitos para produzir tijolos de areia e cal prensados mecanicamente. Esses tijolos são feitos principalmente de rejeitos de ferro, misturados com uma quantidade adequada de cimento, misturados a seco de maneira uniforme e, em seguida, misturados com uma pequena quantidade de material aglutinante e moídos para aumentar a atividade superficial. Após serem moldados em uma prensa, eles passam por cura natural. O processo é simples: sem queima, sem cura a vapor, economizando energia (economizando cerca de 0,16 t de carvão padrão por 10.000 tijolos em comparação com os tijolos de argila) e sem causar poluição. Os tijolos de areia e cal produzidos apresentam dimensões precisas, bordas bem definidas, aparência elegante e corpo reto, reduzindo a quantidade de argamassa de reboco necessária, aumentando a eficiência do trabalho e diminuindo os custos de construção. A mina construiu uma linha de produção em outubro de 1989. Testes demonstraram que todos os indicadores de desempenho físico dos tijolos de cal e areia atendiam aos requisitos técnicos da norma para tijolos de cal e areia prensados à máquina de Grau 100.

5.1.1.4 Produção de tijolos de rejeitos carbonatados

A Mina de Ferro de Yuquanling iniciou pesquisas sobre o uso de rejeitos para a produção de tijolos carbonatados em 1986 e obteve sucesso. Os tijolos carbonatados de rejeitos são materiais de alvenaria fabricados a partir de areia de rejeitos e cal. Após a preparação da massa e a moldagem por prensagem, eles são carbonatados com dióxido de carbono (CO₂) proveniente dos gases de exaustão do forno de cal.

A. Princípio

Os tijolos semiacabados de areia e cal carbonatados formam, inicialmente, cristais de hidróxido de cálcio por meio da hidratação e do endurecimento da cal viva. Em seguida, utilizando o CO₂ proveniente dos gases de exaustão do forno de cal, a carbonatação produz cristais de carbonato de cálcio (CaCO₃). A água quimicamente combinada evapora dos hidratos, e o produto atinge sua resistência final à carbonatação. As reações químicas são as seguintes:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Ca(OH)₂ + nH₂O + CO₂ → CaCO₃ + (n+1)H₂O

B. Processo

A areia de rejeitos 80%–85% e o pó de cal 15%–20% são dosados, misturados com cerca de 9% de água, agitados e, em seguida, moldados em uma prensa de tijolos de oito cavidades. Antes de entrarem no forno, os tijolos são secos em um secador ou naturalmente até que o teor de umidade fique abaixo de 4%. Em seguida, são carbonatados em um forno de túnel com um teor de CO₂ de 20%–40% e uma profundidade de carbonatação superior a 60%. Após sair do forno, obtém-se o produto acabado.

O processo de produção desse tipo de tijolo é simples, pode ser realizado tanto com equipamentos avançados quanto básicos e não envolve problemas técnicos complexos. Ele pode ser produzido em massa em qualquer lugar onde haja areia de rejeitos e calcário disponíveis.

5.1.1.5 Produção de azulejos e tijolos esmaltados em forma de serpentina

Os rejeitos descartados pela Mina de Ferro de Weihai consistem principalmente em escória de serpentina, com um volume anual de descarte de 100.000 a 150.000 toneladas. Para aproveitar de forma abrangente a escória de serpentina, foram realizados testes de viabilidade sobre o processo de produção de azulejos esmaltados com escória de serpentina entre maio e julho de 1987. Os principais componentes minerais da escória de serpentina são minerais silicatos, como serpentina, olivina, diopsídio, tremolita e hornblenda. O tamanho das partículas moídas é fino e uniforme: tipicamente 85% < 0,256 mm. Com base em suas características físico-químicas (composição mineral, composição química, tamanho das partículas etc.), a escória pode ser utilizada diretamente como matéria-prima principal para a produção de materiais comuns de revestimento para edificações civis, como tijolos e telhas.

A. Princípio de fabricação de ladrilhos e tijolos esmaltados com escória serpentina

O princípio baseia-se principalmente nas características de fusão e cristalização dos minerais. Durante o processo de fusão em alta temperatura, da fase sólida para a fase sólida-líquida, as forças repulsivas entre as moléculas do material aumentam, enquanto as forças de ligação entre as ligações moleculares diminuem. Durante o processo de cristalização da fase sólido-líquida para a fase sólida, as forças de atração entre as moléculas aumentam, e as forças de ligação entre as ligações moleculares também aumentam. A peça bruta de telha/tijolo de escória serpentina, que se caracteriza quimicamente por ser rica em SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO e Fe₃O₄, passa por fusão e cristalização em alta temperatura, completando o processo de reação físico-química da fase sólida → fase sólido-líquida → fase sólida. Isso aumenta as forças de ligação entre as moléculas, levando a alterações na dureza, resistência, resistência à corrosão, absorção de água e outras propriedades dos tijolos/ladrilhos queimados, melhorando assim várias propriedades físicas originais.

B. Processo de produção

O principal processo de produção de tijolos e telhas esmaltados com escória de serpentina inclui: preparação da matéria-prima, moldagem das peças, esmaltagem, secagem com ar quente e fusão-cristalização.

(1) Preparação da matéria-prima. Com base na composição química e nas características físicas da escória, prepare um material em bruto que apresente maior refratariedade e finura do que os tijolos/ladrilhos comuns. O material bruto deve, em geral, atender aos seguintes requisitos: composição química – SiO₂ 60%–70%, Al₂O₃ 10%–25%, CaO+MgO 0%–25%, Fe₂O₃ 3%–15%; tamanho das partículas – >0,25 mm: 2%, 0,25–0,05 mm: 40%, 0,05–0,005 mm: 45%, <0,005 mm: 12%; índice de plasticidade <7 (determinado pelo limite líquido e pelo limite plástico); retração por secagem <12%; retração linear na queima <8%.

(2) Conformação de peças em bruto. A matéria-prima preparada é misturada em um misturador até atingir um estado plástico, cortada em peças brutas, e essas peças são encaminhadas para um molde e prensadas em uma prensa para formar peças brutas, sendo depois secas em uma câmara de secagem.

(3) Vidraça. As peças brutas, já quase secas, recebem acabamento superficial e, em seguida, são pulverizadas com esmalte (esmalte de base, esmalte colorido etc.), conforme necessário. Após a secagem com ar quente em uma câmara de secagem até atingirem um teor de umidade inferior a 1%, elas são encaminhadas para o forno.

(4) Fusão-cristalização. As peças em bruto secas são colocadas em um forno (geralmente um forno poroso especialmente fabricado ou um forno de túnel feito de materiais refratários). Nas primeiras 0 a 14 horas, a temperatura é aumentada em uma média de 50 °C por hora; das horas 14 a 20, em uma média de 30 °C por hora. Em seguida, a temperatura é mantida constante por 25 a 28 horas, atingindo 1.000 a 1.050 °C no forno. Quando o material se encontra no estado de solução sólida, a queima é interrompida por 4 a 6 horas e a temperatura é reduzida para permitir a cristalização.

Esse processo de produção de azulejos esmaltados é simples, utiliza matérias-primas amplamente disponíveis e tem baixo custo, oferecendo amplas perspectivas de aplicação.

5.1.1.6 Produção de tijolos de rejeitos “três não”

A Angang (Anshan Iron and Steel Group) produziu tijolos de rejeitos “três sem” (sem prensagem, sem vaporização, sem queima) utilizando pó de rejeitos de ferro como principal matéria-prima. Testes demonstraram que esses tijolos atendem plenamente aos requisitos da norma JC153-75 MU10, e o produto foi aprovado na avaliação técnica em nível provincial.

A. Principais matérias-primas e requisitos de qualidade

Esses tijolos utilizam pó de rejeitos de ferro como material principal, cal como agente de cura e cimento como aglutinante.

(1) Pó de rejeitos de ferro: rejeitos de ferro da planta de beneficiamento de Sanshao, na região de Anshan. Sua composição química, propriedades físicas e distribuição granulométrica são apresentadas nas Tabelas 5-2 e 5-3. Densidade: 2,85 g/cm³; densidade aparente: 1.480 kg/m³; teor de lama ≤3%; teor de água ≤2%.

Tabela 5-2 Composição química do pó de rejeitos de ferro

Tabela 5-3 Distribuição granulométrica do pó de rejeitos de ferro

(2) Limão: cal viva como agente de cura. Teor de CaO disponível ≥65% em massa; densidade aparente de 1100 kg/m³. A distribuição granulométrica é apresentada na Tabela 5-4. A quantidade adequada a ser adicionada é de 10%–20%.

Tabela 5-4 Distribuição granulométrica do pó de cal viva

(3) Aditivo – cinza volante: A cinza volante é um resíduo industrial amplamente disponível. Densidade: 2,2 g/cm³; densidade aparente: 1.000 kg/m³; finura: resíduo na peneira de 0,08 mm ≤8%; perda por ignição ≤7%; teor de SO₃ ≤3%. A composição química é apresentada na Tabela 5-5. A quantidade adequada de adição é de cerca de 15%.

Tabela 5-5 Composição química das cinzas volantes

(4) Ativador e aditivo para compósito: O ativador é o gesso hemi-hidratado (CaSO₄·0,5H₂O); o aditivo composto é um agente K preparado internamente. A quantidade adequada de adição é de 0,5% a 1,0%.

(5) Cimento: Cimento Portland comum de grau 325 ou 425 ou cimento Portland de escória de alto-forno. A quantidade é determinada pelo custo, não ultrapassando, em geral, 15%.

B. Mecanismo

Para alcançar o princípio dos “três não” (sem prensagem, sem vaporização, sem queima) na produção de tijolos de pó de rejeitos, é necessário que as matérias-primas formem silicatos, aluminatos e sulfoaluminatos hidratados à temperatura ambiente. A análise por difração de raios X mostra que os tijolos verdes contêm uma quantidade considerável de gel ou cristais de tobermorita C-S-H, bem como uma pequena quantidade de cristais aciculares de sulfoaluminato de cálcio hidratado. O aditivo composto adicionado aos tijolos é um surfactante altamente eficaz. Seus efeitos de dispersão e adsorção aumentam os pontos de hidratação do cimento, melhoram as condições de interface entre o cimento, a cal, o pó de rejeitos e as partículas de cinza volante, aceleram a reação de hidratação e produzem resistência considerável à temperatura ambiente.

As principais reações de hidratação para a preparação de tijolos “três-não” incluem (nas fórmulas de reação, C = CaO, S = SiO₂, A = Al₂O₃, F = Fe₂O₃):

2C₃S + 6H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + 3Ca(OH)₂
2C₂S + 4H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + Ca(OH)₂
C₃A + 6H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O
C₄AF + 7H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + CaO·Fe₂O₃·H₂O
3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3CaSO₄·2H₂O + 20H₂O = C₃A·3CaSO₄·3H₂O
xCa(OH)₂ + Al₂O₃ + mH₂O = xCaO·Al₂O₃·mH₂O
yCa(OH)₂ + SiO₂ + nH₂O = yCaO·SiO₂·nH₂O

O Ca(OH)₂ produzido pela hidratação do cimento reage posteriormente com o Al₂O₃ e o SiO₂ ativos presentes no pó de rejeitos e nas cinzas volantes, formando hidratos de silicato e aluminato de baixa alcalinidade, o que torna a estrutura do tijolo densa, aumenta a resistência e confere boa resistência ao gelo, resistência à água e outras excelentes características.

C. Processo

O processo inclui, principalmente, dosagem, mistura, envelhecimento, moldagem e cura. As matérias-primas são dosadas na proporção de pó de rejeitos : cimento : cinza volante : cal = 6:1,5:1,5:1 ou 7:1:1:1, com a adição do ativador (gesso), e misturadas a seco de maneira uniforme. Adiciona-se água e o agente K, que são misturados uniformemente à mão. A quantidade de água adicionada é geralmente de 20%–30% da massa de pó de rejeitos. Após a mistura, a mistura repousa por 20–30 minutos; em seguida, é submetida ao envelhecimento, colocada em moldes e a superfície é alisada. Os moldes são removidos após 24 horas, e os tijolos são curados ao ar ou na água por um mês. A resistência na água é cerca de 20%–30% maior do que ao ar.

Esse processo de fabricação de tijolos pode utilizar grandes quantidades de resíduos industriais, contribuindo para o aproveitamento de recursos materiais, a economia de energia e a redução dos custos de produção.

5.1.1.7 Produção de tijolos vitrificados

Para produzir tijolos vitrificados, o minério bruto deve apresentar altas frações mássicas de SiO₂ e Al₂O₃, além de conter certas quantidades de substâncias de baixo ponto de fusão, como K₂O, Na₂O, CaO e MgO. A comparação das composições químicas de tijolos cerâmicos vitrificados nacionais e internacionais com as de vários rejeitos típicos de minério de ferro chineses mostra que os rejeitos de minério de ferro do tipo Anshan podem, basicamente, atender aos requisitos de composição, e que alguns rejeitos de minério de ferro podem atender a esses requisitos com a adição de areia de quartzo. Notavelmente, os rejeitos de minério de ferro contêm uma certa quantidade de Fe₂O₃, que, após diferentes tratamentos de processamento, pode conferir ao corpo sinterizado cores diversas, como marrom, amarelo, vermelho e preto. Isso os torna um corante natural para a produção de tijolos cerâmicos vitrificados coloridos.

Já no final do século XX, a China começou a explorar a viabilidade do uso de rejeitos de ferro na produção de tijolos cerâmicos vitrificados. Em 1997, Ni Wen e outros, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim (USTB), produziram pela primeira vez tijolos cerâmicos vitrificados utilizando rejeitos da mina de ferro de Damiao ou com a adição de uma certa quantidade de argila. Os tijolos apresentavam resistência à compressão de 162 MPa, resistência à flexão de 62 MPa e absorção de água inferior a 0,1%. Nos últimos anos, à medida que a atenção à utilização de recursos de rejeitos aumentou e a demanda do mercado por materiais de construção cresceu continuamente, as pesquisas sobre a produção de tijolos vitrificados a partir de rejeitos de ferro se intensificaram. Em 2007, o Instituto de Pesquisa de Metais Não Ferrosos de Hunan utilizou rejeitos da Benxi Iron and Steel como matéria-prima para produzir tijolos vitrificados. O produto era cinza, com absorção de água de 0,68% e resistência à compressão de 65,3 MPa, atendendo à norma da indústria de materiais de construção. Em 2012, Shi Qi, do Instituto de Cerâmica de Jingdezhen, utilizou rejeitos da Panzhihua Iron and Steel para produzir tijolos vitrificados pretos com absorção de água de 0,1%–0,4%, resistência à compressão de 46,2–48,7 MPa e resistência ao desgaste de 146–155 mm. Em 2013, Jiao Juan e colab., da USTB, realizaram experimentos sobre a produção de ladrilhos homogêneos e tijolos cerâmicos vitrificados a partir de rejeitos de ferro de Chengchao, demonstrando que esses rejeitos podem ser utilizados para produzir tijolos cerâmicos vitrificados pretos.

Estudo experimental realizado pela USTB sobre a produção de tijolos vitrificados utilizando rejeitos de magnetita de vanádio-titânio de Damiao com adição de argila

A. Matérias-primas

Os principais minerais presentes nos rejeitos da mina de ferro de Damiao são minerais de ganga, como plagioclásio, piroxênio, clorito e epidoto. Os rejeitos foram finamente triturados e submetidos a análise química; os resultados estão apresentados na Tabela 5-6.

Tabela 5-6 Resultados da análise química dos rejeitos (%)

O principal mineral presente na argila é a montmorilonita, com a seguinte composição química: SiO₂ 68,04%, Al₂O₃ 16,46%, K₂O 0,22%, Na₂O 2,31%, CaO 0,29%, MgO 6,20%, Fe₂O₃ traços, perda por ignição 5,92%. A adição de argila é de 10%.

B. Processo

Os rejeitos são misturados com argila em uma determinada proporção, e a mistura é moída até atingir um tamanho de partícula de mais de 98% < 0,043 mm. O material seco é granulado com 5% de água, e os grânulos são prensados para formar tijolos úmidos a 38 MPa. Os tijolos são então queimados a 1145–1150 °C. Após o polimento, as amostras queimadas tornam-se tijolos vitrificados de cor café. Os testes mostram que todos os indicadores de desempenho atendem aos requisitos para tijolos vitrificados comerciais. Se queimados em atmosfera redutora (ou seja, colocando as peças brutas de tijolo em um recipiente com pó de carvão vegetal, selado, sem contato direto entre os tijolos e o carvão — o contato direto reduziria a magnetita a óxido de ferro e ferro metálico, causando fusão), o resultado é um corpo preto, que se torna preto brilhante após o polimento.

Os rejeitos originais da mina de ferro de Damiao podem ser utilizados para produzir tijolos vitrificados nas cores café e preto que atendem aos padrões de qualidade comerciais para tijolos vitrificados. Em termos de resistência em estado fresco e faixa de temperatura de queima, o aumento de escala e os testes industriais são viáveis.

Embora as pesquisas sobre a produção de tijolos cerâmicos vitrificados a partir de rejeitos de ferro tenham começado cedo na China, a produção industrial em grande escala desses tijolos ainda não foi alcançada. Para concretizar a produção em escala industrial, ainda é preciso resolver questões técnicas, promover o produto e desenvolver o mercado.

5.1.1.8 Produção de tijolos queimados

Os tijolos cozidos são um material de construção com uma longa história e um consumo muito elevado. Para produzir tijolos cozidos, a China consome grandes quantidades de argila a cada ano, e a extração dessa argila também destrói muitas terras agrícolas. Por isso, o governo chinês proibiu explicitamente a produção de tijolos cozidos de argila maciça. Os tijolos queimados não exigem matérias-primas de alta qualidade, mas requerem grandes volumes. Os resíduos de minério de ferro, por serem resíduos com alta produção e baixa utilização, apresentam boas perspectivas para essa aplicação. Ao substituir parte da argila por resíduos de minério de ferro e adicionar uma quantidade adequada de plastificante, é possível queimar com sucesso tijolos comuns de argila. Além disso, ao controlar a quantidade de rejeitos de ferro adicionados, é possível produzir tijolos de rejeitos com diferentes graus de resistência. O uso de rejeitos de ferro na produção de tijolos cozidos permite aproveitar as condições existentes nas fábricas, exigindo pouco investimento e gerando retornos rápidos. Isso também abre um novo caminho para a utilização abrangente dos rejeitos de ferro, economizando energia, aproveitando resíduos e protegendo o meio ambiente.

Wang Jinzhong desenvolveu com sucesso tijolos cozidos utilizando rejeitos da mina de ferro de Waitoushan, em Benxi. Como os rejeitos de ferro apresentam composições complexas e não possuem coesão, o uso excessivo deles nos tijolos cozidos reduz a plasticidade; por outro lado, o uso insuficiente não permite atingir o objetivo de uma utilização abrangente em grande escala. Portanto, nos experimentos, os resíduos de ferro foram adicionados nas proporções de 30%, 40%, 50% e 60%, juntamente com argila e uma quantidade adequada de um plastificante de fabricação própria. Os resultados mostraram que tijolos de argila comuns puderam ser queimados com sucesso e que, ao controlar a quantidade de rejeitos de ferro, foi possível produzir tijolos de rejeitos com diferentes graus de resistência. O fluxo do processo é mostrado na Figura 5-3.

Figura 5-3 Diagrama de fluxo do processo de produção de tijolos sinterizados a partir de rejeitos de ferro

No campo da produção de tijolos sinterizados a partir de rejeitos de ferro, a Mina de Ferro de Meishan é um exemplo representativo. A Mina de Ferro de Meishan, em cooperação com a Universidade de Arquitetura e Tecnologia de Xi’an, o Instituto de Pesquisa e Projeto de Cerâmica Industrial de Shandong e outras instituições, conduziu uma pesquisa sistemática, incluindo testes de laboratório, testes em escala piloto e ensaios industriais utilizando rejeitos da própria mina. A taxa de aproveitamento dos rejeitos atingiu 80%–100%. Por meio de pesquisas de processo, determinou-se que a faixa de temperatura de queima para tijolos sinterizados de rejeitos é de 1050–1150 °C. Durante a queima, os tijolos maciços podem ser empilhados verticalmente, enquanto os tijolos perfurados e os de orifícios grandes devem ser empilhados horizontalmente. Em atmosfera oxidante, é possível obter produtos vermelhos com cor uniforme. Os tijolos maciços e perfurados produzidos atingiram uma resistência à compressão que atende à norma MU10 para tijolos sinterizados de construção. Foram realizados testes de congelamento-degelo, de eflorescência e de resistência à ruptura por cal. A resistência ao congelamento-degelo e a absorção de água atenderam às normas para tijolos sinterizados de construção. Em abril de 2005, os rejeitos foram oficialmente utilizados como matéria-prima para a fabricação de tijolos, e os tijolos sinterizados produzidos foram aplicados em edifícios comerciais de grande altura.