5.5.1 Vidro decorativo com resíduos de ferro

O uso de rejeitos de minério de ferro para fundir materiais de vidro decorativo de alta qualidade é uma forma eficaz de aproveitamento integral dos rejeitos e de desenvolvimento sustentável das empresas. A Universidade de Tongji realizou uma pesquisa experimental sobre a fundição de vidro decorativo utilizando rejeitos com alto teor de ferro e alumínio, provenientes de Nanjing, como principal matéria-prima.

5.5.1.1 Matérias-primas

A principal matéria-prima são os rejeitos de ferro, que apresentam cor rosa claro, são pulverulentos e têm granulometria inferior a 0,589 mm. Os principais minerais são quartzo, feldspato e minérios sulfurosos, com alto teor de ferro e óxido de alumínio. As frações mássicas dos diversos óxidos são apresentadas na Tabela 5-15. Os rejeitos de ferro podem ser utilizados diretamente após a secagem, sem necessidade de processamento adicional.

As matérias-primas auxiliares incluem arenito, calcário e dolomita. O arenito, o calcário e a dolomita são finamente moídos até atingirem um tamanho de partícula inferior a 0,589 mm. Também é possível utilizar areia de quartzo ou rocha de sílica no lugar do arenito.

Tabela 5-15 Composição química dos rejeitos de ferro (%)

5.5.1.2 Fluxo do processo

O fluxo do processo é: preparação da matéria-prima → fusão → recozimento → vidro.

Os rejeitos de ferro e as matérias-primas auxiliares são pesados, peneirados e misturados em uma determinada proporção. A carga é adicionada ao cadinho do forno por meio de um método de alimentação em alta temperatura, entre 1.000 e 1.200 °C, sendo o restante da carga adicionado em etapas. O intervalo entre as adições é determinado com base na fusão inicial da mistura no cadinho. Após a adição de todos os materiais, a temperatura do forno é elevada para 1.400–1.450 °C e mantida. Durante o período de manutenção, a condição de fusão da carga no cadinho é determinada por observação na parte frontal do forno, amostragem da carga e trefilagem. Quando se constata que a mistura no cadinho está completamente fundida, vitrificada e livre de escória, grãos de areia não fundidos e bolhas, a temperatura do forno é reduzida em 100–250 °C e mantida por 10–20 min; em seguida, o cadinho é removido para a fundição. O molde de moldagem é feito de chapa de ferro, com dimensões de 70 mm × 70 mm × 10 mm e 100 mm × 10 mm × 10 mm. Após 2 a 3 minutos, o vidro é desmoldado e enviado a um forno de mufla para recozimento a 520–620 °C. O vidro é mantido nessa temperatura por cerca de 15 minutos; em seguida, a energia é desligada e ele é deixado para esfriar naturalmente no forno até 50–100 °C antes de ser removido. Alternativamente, o vidro desmoldado pode ser colocado diretamente em perlita expandida para recozimento, utilizando seu próprio calor residual.

5.5.1.3 Resultados experimentais

Por meio de experimentos repetidos, determinou-se que a composição química do vidro de rejeitos de ferro se situava na faixa: SiO₂ 48%–62%, Al₂O₃ 9%–10,3%, CaO 8%–19%, MgO 2%–3%, Fe₂O₃ 18%–20%. Os principais parâmetros do processo para o vidro de rejeitos de ferro são: dosagem de rejeitos de ferro (como porcentagem da massa da carga): 70%; matérias-primas auxiliares: arenito 10%–30%; calcário 5%–25%; taxa de fusão da carga >70%; temperatura de vitrificação 1.400–1.450 °C; temperatura de moldagem 1.000–1.200 °C; temperatura de recozimento 520–620 °C.

Após o recozimento, o vidro de rejeitos de ferro apresenta uma cor preta como azeviche e brilhante, uniforme e consistente, sem diferenças de cor, livre de bolhas e imperfeições. A superfície pode ser lixada e polida; após o polimento, fica lisa como um espelho, com brilho superficial não inferior a 115 (o brilho natural sem polimento é de 110). Em comparação com o mármore e o granito naturais (brilho de 78 a 90), esse vidro decorativo de rejeitos de ferro apresenta um aspecto mais solene e elegante. Suas propriedades físicas e químicas são até mesmo superiores às de materiais semelhantes. Uma análise preliminar de custos mostra que o vidro decorativo de rejeitos de ferro apresenta bons benefícios econômicos, alto valor agregado e perspectivas promissoras de desenvolvimento e aplicação.

5.5.2 Vidro decorativo com resíduos de cobre

A Universidade de Tongji, utilizando rejeitos de cobre com alto teor de alumínio e ferro e contendo enxofre, provenientes da região de Jilin como principal matéria-prima, e com base em pesquisas laboratoriais, concluiu testes de expansão em escala industrial para a produção de vidro decorativo a partir de rejeitos de cobre, utilizando um forno de cadinho de uma fábrica de artigos de vidro.

5.5.2.1 Matérias-primas

A principal matéria-prima para o vidro decorativo a partir de rejeitos de cobre são os próprios rejeitos de cobre. Sua composição mineral consiste principalmente em quartzo, feldspato e minérios sulfurosos; apresenta aparência cinza, com 100% passando pelo crivo de 0,589 mm. A composição química é apresentada na Tabela 5-16, e as propriedades de sinterização dos rejeitos de cobre são apresentadas na Tabela 5-17. Após o resfriamento rápido da massa fundida, ela se transforma em uma mistura da fase de pedra moldada e da fase vítrea, repleta de bolhas, escória e grãos de areia não fundidos, apresentando uma cor preta. As matérias-primas auxiliares são areia de sílica e calcita.

Tabela 5-16 Composição química dos rejeitos de cobre (%)

Tabela 5-17 Propriedades de sinterização de rejeitos de cobre

5.5.2.2 Fluxo do processo

A proporção da mistura é de aproximadamente 60% de rejeitos de cobre misturados com cerca de 40% de materiais auxiliares. O fluxo do processo de teste industrial é basicamente semelhante ao do vidro decorativo produzido a partir de rejeitos de ferro:

Preparação da matéria-prima → alimentação → fusão em cadinho → fundição, prensagem, moldagem por sopro → recozimento em forno de recozimento em lote → corte, retificação, polimento

5.5.2.3 Parâmetros do processo

Os principais parâmetros do processo estão apresentados na Tabela 5-18.

Tabela 5-18 Principais parâmetros do processo de fusão de resíduos de cobre em vidro

O vidro decorativo de rejeitos de cobre é de cor preta como azeviche e brilhante, livre de impurezas e bolhas, podendo ser cortado, esmerilhado e polido. Após o polimento, o brilho de sua superfície não é inferior a 100. Em comparação com o mármore natural, ele apresenta uma cor mais escura e mais uniforme, proporcionando um efeito decorativo elegante, solene e generoso. Suas propriedades físicas e químicas atendem aos requisitos técnicos de desempenho para materiais decorativos, e sua aparência e efeito decorativo são superiores aos do mármore natural. Uma análise preliminar de custos mostra que a produção de vidro decorativo a partir de rejeitos de cobre traz bons benefícios econômicos e um valor agregado relativamente alto.

5.6 Produção de vitrocerâmicas arquitetônicas a partir de rejeitos

As vitrocerâmicas são materiais produzidos a partir de vidro-base por meio de cristalização controlada, resultando em uma distribuição uniforme de microcristais e de uma fase vítrea. Elas apresentam baixos coeficientes de expansão térmica, alta resistência mecânica, notável resistência à corrosão, resistência às intempéries e boa resistência à vibração, sendo amplamente utilizadas na arquitetura, na biomedicina, na engenharia mecânica, na eletromagnética e em outros campos. O principal componente das vitrocerâmicas arquitetônicas é o SiO₂, e a fração mássica de SiO₂ em rejeitos metálicos é geralmente superior a 60%, com outros componentes também dentro da faixa de formação de vidro, atendendo assim aos requisitos de composição química.

As pesquisas sobre o desenvolvimento e a aplicação de vitrocerâmicas a partir de rejeitos tiveram início internacionalmente já na década de 1920. Desde as décadas de 1950 e 1960, muitos países conseguiram, com sucesso, ampliar a aplicação de rejeitos na indústria do vidro. Na China, a pesquisa sobre vitrocerâmicas a partir de rejeitos teve início na década de 1980 e, na década de 1990, já haviam sido iniciados testes em escala industrial, liderados por universidades na vanguarda da pesquisa em ciência dos materiais. Com base na experiência internacional avançada, a China alcançou avanços revolucionários na tecnologia de produção de painéis decorativos de vitrocerâmica, resolvendo com sucesso muitos problemas, como o projeto da composição do vidro-base, a fusão do vidro, a granulação do vidro e o controle da capacidade de cristalização das partículas de vidro. As principais tecnologias para a produção de vitrocerâmicas a partir de diversos resíduos de mineração foram dominadas, e a produção industrial já é uma realidade em Tianjin, Guangdong, Mongólia Interior, Hebei e em outros locais.

Os processos de produção de vitrocerâmicas a partir de rejeitos incluem o método de fusão e o método de sinterização. Na China, utiliza-se comumente o método de sinterização, que é mais maduro e combina técnicas de processamento de vidro, cerâmica e pedra. Esse método não requer uma etapa de formação do vidro, nem necessariamente precisa de agentes nucleantes. Ele proporciona altas taxas de produção, tempos curtos de cristalização, economia de energia, espessura ajustável do produto e facilita a produção de placas moldadas e diversos painéis curvos com padrões semelhantes aos da pedra natural, tornando-o mais adequado para a produção industrial. O fluxo específico do processo é: processamento da matéria-prima → dosagem e mistura → fusão do vidro → resfriamento rápido com água para formação de grânulos → peneiramento → colocação na camada e carregamento do molde → sinterização e nivelamento → cristalização e conformação → esmerilhamento e polimento → corte → inspeção do produto acabado. O processo de fusão é semelhante à fusão de vidro; o resfriamento com água e a cristalização são inspirados na tecnologia cerâmica; e a esmerilhagem, o polimento e o corte seguem técnicas de processamento de pedra. Matérias-primas químicas auxiliares, como fundentes, corantes e auxiliares de sinterização, são todos reagentes quimicamente puros utilizados diretamente. Agentes nucleantes comuns para vitrocerâmicas de rejeitos incluem ZnO, TiO₂, Cr₂O₃, etc. Os óxidos de metais alcalinos Na₂O, K₂O e Li₂O são fundentes muito eficazes, e alguns agentes nucleantes também possuem efeitos fundentes, como o TiO₂. Os corantes podem ser selecionados entre diferentes substâncias inorgânicas ou óxidos metálicos, dependendo da cor desejada. Para aumentar a velocidade de sinterização e reduzir a temperatura de sinterização, pequenas quantidades de halogenetos ou diversas misturas inorgânicas podem ser adicionadas como auxiliares de sinterização.

5.6.1 Produção de vitrocerâmicas a partir de rejeitos de ferro

Com base na composição dos rejeitos de ferro, as vitrocerâmicas de rejeitos geralmente pertencem aos sistemas CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (CMAS) e CaO-Al₂O₃-SiO₂ (CAS). Diferentes proporções de silicato para oxigênio resultam em diferentes fases cristalinas. Quando os teores de SiO₂ e Al₂O₃ são baixos, tendem a se formar silicatos com baixas proporções de Si/O (como a wollastonita). Quando os teores de SiO₂ e Al₂O₃ são elevados, tendem a se formar silicatos de estrutura reticular (como o feldspato), resultando em uma estrutura vítrea estável que é difícil de cristalizar. Para obter alta resistência mecânica, boa resistência ao desgaste, estabilidade química e estabilidade térmica em vitrocerâmicas fabricadas a partir de rejeitos de ferro, o diopsídio (CaMg(SiO₃)₂) ou a wollastonita (β-CaSiO₃) são geralmente escolhidos como as principais fases cristalinas.

Atualmente, na China, os rejeitos de ferro só podem ser utilizados para produzir vitrocerâmicas de cor escura, o que limita seu leque de aplicações. A pesquisa e o desenvolvimento de vitrocerâmicas a partir de rejeitos de ferro com alto teor de ferro ainda se encontram em fase laboratorial; apenas o vidro decorativo à base de rejeitos de ferro para decoração arquitetônica entrou em testes industriais. A pesquisa sobre rejeitos de ferro também se limita, em grande parte, a regiões com alto teor de sílica e deve ser estendida a regiões com teor médio e baixo de sílica para explorar novas áreas de aplicação.

(1) A Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim utilizou rejeitos de ferro e rocha estéril de Damiao como principais matérias-primas para produzir granito vitrocerâmico de rejeitos (um tipo de vitrocerâmica). Sua resistência à compressão, resistência à flexão, brilho, resistência a ácidos e álcalis e outras propriedades atendem ou superam as do granito natural. Ele pode ser moldado em formatos especiais, apresenta belos padrões e as cores podem ser ajustadas de acordo com a demanda do mercado (por exemplo, é possível produzir tons de azul não encontrados na pedra natural), com diferença mínima de tonalidade.

1. Fluxo do processo: dosagem → fusão → resfriamento em água → cristalização por aquecimento → corte, esmerilhamento, polimento → produto acabado.

① Formulação: O principal componente químico da vitrocerâmica é o SiO₂, seguido por CaO, Na₂O, Al₂O₃ e pequenas quantidades de MgO, K₂O, ZnO e BaO. As principais fases cristalinas são o piroxênio e o diopsídio. A formulação deve ser otimizada com base na composição dos rejeitos por meio de experimentos.

② Fusão: Temperatura de fusão de aproximadamente 1.450–1.500 °C; tempo de fusão de 2 a 5 horas. A agitação deve ser uniforme; a fusão deve ser completa, sem resíduos de pedras; as bolhas devem ter sido totalmente eliminadas. Caso contrário, a qualidade da vitrocerâmica será prejudicada.

③ Resfriamento em água: O material totalmente derretido é despejado em água fria para produzir partículas de vidro com tamanho ≤5 mm.

④ Cristalização: As partículas de vidro secas são espalhadas em moldes refratários e aquecidas para a cristalização. Antes de atingir 700–800 °C, a taxa de aquecimento pode ser mais rápida, em torno de 300 °C/h ou mais. O vidro começa a amolecer e a cristalizar entre 700 e 800 °C; a taxa de aquecimento não deve ser muito rápida (caso contrário, a cristalização fica incompleta), devendo ficar em torno de 120–180 °C/h. Ao atingir 1.100–1.200 °C, o material de vidro fica semifundido e a superfície se nivela; mantenha essa temperatura por 1–2 h. Em seguida, resfrie lentamente. A taxa de resfriamento não deve ser muito rápida, caso contrário, o produto pode rachar.

⑤ Corte, esmerilhamento e polimento: A superfície do produto após a cristalização já é plana, mas apresenta ligeiras irregularidades. Com o uso de equipamentos convencionais de corte, esmerilhamento e polimento de pedra, é possível obter um acabamento polido ideal. Além disso, a espessura de esmerilhamento é menor do que a da pedra comum, o que aumenta a eficiência.

2. Propriedades do produto: As propriedades da vitrocerâmica produzida a partir de rejeitos de ferro de Damiao estão apresentadas na Tabela 5-19. Como se pode observar, a vitrocerâmica de rejeitos apresenta excelente desempenho e é um novo tipo promissor de pedra artificial.

Tabela 5-19: Propriedades do granito vitrocerâmico de rejeitos

① Amostra de 15 mm × 15 mm × 15 mm, imersa em HCl 3% a 25 °C por 650 h; perda de peso (%).
② Amostra de 15 mm × 15 mm × 15 mm, imersa em solução de NaCl 3% a 25 °C por 650 h; perda de peso (%).

(2) A Universidade de Shenyang Jianzhu e a Universidade do Nordeste desenvolveram em conjunto um processo utilizando rejeitos de ferro de Waitoushan e rejeitos da mina de ouro de Xincheng, adicionando óxidos reguladores e agentes nucleantes apropriados, misturando, fundindo a 1.450 °C e, em seguida, submetendo ao tratamento térmico de recozimento, nucleação e cristalização. A manutenção por 2 horas tanto na temperatura de nucleação quanto na de cristalização, seguida de resfriamento natural, produz vitrocerâmicas arquitetônicas com diópsido como fase cristalina principal. A adição de rejeitos pode chegar a mais de 65%. A produção piloto demonstrou que a faixa de composição ideal para vitrocerâmicas arquitetônicas com rejeitos metálicos é: SiO₂ 50%–60%, Al₂O₃ 6%–9%, CaO 11%–13%, MgO 3%–5%, K₂O 3%–5%, FeO+Fe₂O₃ 2%–8%.

(3) Tian Yingliang e col. analisaram a composição dos rejeitos de ferro do condado de Miyun, em Pequim. Eles constataram que os principais componentes eram SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃, com certas quantidades de CaO, MgO, Na₂O e K₂O, além de um alto teor de ferro. Decidiram adicionar quantidades adequadas de CaO e MgO para formar uma vitrocerâmica do sistema CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂. A adição de uma pequena quantidade de enxofre converteu parte do ferro em sulfeto ferroso, auxiliando na cristalização. O fluxo do processo de dosagem → mistura → fusão → resfriamento rápido em água → peneiramento → colocação em leito → cristalização → esmerilhamento e polimento → corte → produto acabado foi utilizado para preparar as vitrocerâmicas. A fração mássica dos resíduos de ferro atingiu mais de 60%. O produto acabado apresentou resistência à flexão de 50,2 MPa e microdureza média de 675,4, enquanto o mármore e o granito apresentam resistências à flexão de apenas 17–19 MPa e microdureza média de 153,6. Assim, esta pesquisa oferece um bom caminho para a utilização dos resíduos de ferro como recurso.

(4) Zhang Jinrui et al. estudaram a preparação de vitrocerâmicas utilizando rejeitos de ferro de Tangshan. Com base na análise da composição dos rejeitos, eles exploraram formulações de vitrocerâmicas, determinaram o tipo e a quantidade de agentes nucleantes e selecionaram um processo de tratamento térmico adequado. Os resultados mostraram que os agentes nucleantes compostos apresentam melhor desempenho: adição de 3% TiO₂ e 1% Cr₂O₃. Temperatura de nucleação: 770 °C, tempo de manutenção: 60 min; temperatura de cristalização: 870 °C, tempo de manutenção: 60 min; taxa de aquecimento: 5 °C/min. A principal fase cristalina da vitrocerâmica obtida foi o diopsídio, com as fases secundárias wollastonita e espinélio.

5.6.2 Produção de vitrocerâmicas a partir de rejeitos de tungstênio

A Universidade do Centro-Sul, em colaboração com a Academia Chinesa de Ciências Geológicas, desenvolveu, por meio de experimentos, um novo tipo de vitrocerâmica a partir de rejeitos de tungstênio. O processo é simples e de baixo custo. A principal matéria-prima são os rejeitos de tungstênio, com feldspato e calcário como materiais auxiliares. A mistura é uniformizada, colocada em um cadinho de corindo e fundida em um forno de resistência com hastes de silício-molibdênio. Utilizando 1% Sb₂O₃ (fração mássica, o mesmo a seguir) e 4% NH₄NO₃ como agentes de refinamento, a temperatura de alimentação é de 1.200 °C, a temperatura de fusão de 1.550 °C, mantida por 2,5 h, seguida de refinamento a 1.580 °C por 1,5 h. O vidro fundido é resfriado rapidamente em água para produzir grânulos de vidro, que são então espalhados naturalmente em moldes refratários. Para facilitar a desmoldagem, a superfície interna do molde é revestida com uma pasta de areia de quartzo e caulim. Após o carregamento do molde, o material é enviado a um forno para ceramização. Utilizando esse processo, foram produzidas amostras de vitrocerâmica amarelo-claro com dimensões de 100 mm × 100 mm × 10 mm, com estrutura densa e uniforme, poucos poros, aparência plana e brilhante sem deformação, e superfícies que apresentam padrões naturais semelhantes aos do mármore. Os testes demonstraram que a resistência à flexão, à compressão e ao impacto, bem como a resistência à corrosão química dessa vitrocerâmica, são excelentes, superando as do mármore e do granito naturais.

Kuang Jingzhong et al. utilizaram rejeitos de tungstênio como matéria-prima principal (proporção 55%–75%), sem adição de agentes nucleantes, e prepararam vitrocerâmica a partir de rejeitos de tungstênio por meio do método de cristalização por fundição. A principal fase cristalina é a β-wollastonita. O mecanismo de nucleação e cristalização é a nucleação superficial, com processo simples e baixo custo.

Wang Chengyu et al. utilizaram rejeitos de tungstênio, feldspato, calcário, mirabilita e carbonato de sódio como principais matérias-primas, juntamente com fluorita e rocha fosfática como agentes de nucleação, para preparar vitrocerâmicas de rejeitos de tungstênio de cor branco-leitoso pelo método de fusão. A temperatura ideal de nucleação é de 680–700 °C, a temperatura de cristalização é de 900–950 °C, com as fases cristalinas de wollastonita e apatita.

5.6.3 Produção de vitrocerâmicas a partir de rejeitos de ouro

Gao Shuya e colab., da Universidade de Ciência e Tecnologia de Shaanxi, utilizaram rejeitos da mina de ouro de Hanyin (Shaanxi) e calcita como principais matérias-primas, adicionando outros materiais necessários, como bórax, ZnO, Cr₂O₃, Sb₂O₃, etc., para preparar vitrocerâmicas do sistema CaO-Al₂O₃-SiO₂ pelo método de fusão. Por meio de experimentos exploratórios, a proporção em massa dos componentes da mistura foi determinada como: rejeitos de ouro 63,5%, calcita 27,1%, bórax 4,7%, ZnO 1,6%, Cr₂O₃ 0,8%, Na₂SiF₆ 1,2%, Sb₂O₃ 1,2%.

As matérias-primas foram pesadas de acordo com a proporção em massa, misturadas, moídas e passadas por uma peneira de malha 60 (0,246 mm) para obter o lote. Utilizando um forno elétrico com haste de carboneto de silício, a mistura foi mantida a uma temperatura de 1.300–1.350 °C por 4 horas para derreter completamente o vidro, sem bolhas visíveis. O vidro fundido foi então derramado em um molde de aço inoxidável pré-aquecido. Após a moldagem, a amostra foi colocada em um forno de mufla a 600 °C por 1 hora para recozimento. A amostra de vidro resfriada foi processada em amostras em forma de tira de 10 mm × 10 mm × 100 mm. O tratamento térmico de cristalização foi realizado em um forno de mufla com uma taxa de aquecimento de 3–5 °C/min, mantido à temperatura de nucleação de 820 °C por 2 horas; em seguida, foi aquecido a 890 °C e mantido por 3 horas, sendo então resfriado lentamente até a temperatura ambiente para se obter amostras de vidro-cerâmica de rejeitos de ouro. Os resultados dos testes mostraram que as principais fases cristalinas da vitrocerâmica de rejeitos de ouro eram o piroxênio e a solução sólida de diopsídio. O produto apresentou resistência à flexão de 119,2 MPa, coeficiente de expansão térmica de 69,5×10⁻⁷/°C e densidade aparente de 2,81 g/cm³.

Liu Xuan e colab., do Instituto de Ciências Geológicas de Shandong, utilizaram rejeitos de ouro de Jiaojia como matéria-prima básica para produzir vitrocerâmicas pelo método de sinterização, uma técnica simples e controlável. Nas formulações-piloto, a taxa máxima de aproveitamento dos rejeitos atingiu 60%. As principais matérias-primas foram rejeitos de ouro, calcário e quartzito. Fluxo do processo: processamento da matéria-prima → dosagem e mistura → fusão do vidro → resfriamento rápido em água para formação de grânulos → peneiramento → colocação na camada e carregamento no molde → sinterização e nivelamento → formação por cristalização → esmerilhamento e polimento → corte → inspeção do produto acabado. As dimensões do produto final foram de 60–90 mm². A cor da aparência era normal, com padrões distintos, amarelo claro, e a superfície da amostra não apresentava poros abertos densos. Os testes físicos, químicos e de resistência a ácidos e álcalis mostraram que todos os indicadores atendiam ao padrão da indústria para “vidrocerâmicas decorativas arquitetônicas”.”

5.6.4 Produção de vitrocerâmicas a partir de resíduos de molibdênio, níquel e outros resíduos de mineração

Shen Jie et al. utilizaram rejeitos de molibdênio como principal matéria-prima, adicionando outros materiais auxiliares, para preparar vitrocerâmicas de alto desempenho pelo método de fusão. As principais matérias-primas foram rejeitos de molibdênio, areia de sílica, alumina (grau analítico), carbonato de cálcio (grau analítico), óxido de magnésio (grau analítico), carbonato de potássio (grau analítico), carbonato de sódio, etc., com adição de rejeitos de molibdênio na proporção de 30%. O TiO₂ foi selecionado como agente nucleante. O programa do tratamento térmico de cristalização é apresentado na Tabela 5-20. Foram preparadas amostras de vitrocerâmica em conformidade com as normas nacionais; os resultados dos testes são apresentados na Tabela 5-21.

Tabela 5-20: Programa de tratamento térmico de cristalização

Tabela 5-21 Resultados de testes de propriedades de amostras

Li Zhangda registrou uma patente intitulada “Vidro-cerâmica produzida a partir de rejeitos contendo molibdênio e método para tal”, divulgando um novo método para a utilização integral de rejeitos contendo molibdênio (Mo 0,01%–0,02%) como matéria-prima para a produção de produtos de vitrocerâmica com produção estável. O método utiliza rejeitos contendo molibdênio para substituir os rejeitos, o óxido de cálcio e os aditivos nucleantes na formulação da vitrocerâmica, com uma proporção de adição de 40,5%–74,4%. Ao utilizar rejeitos contendo molibdênio como matéria-prima, é necessária uma pré-homogeneização. O processo de produção tradicional permanece inalterado, e não é necessária nenhuma modificação no equipamento, reduzindo os custos em mais de 15% e, ao mesmo tempo, melhorando o desempenho e o valor do produto.

Li Zelin e col. exploraram o método de produção de vitrocerâmicas pretas puras utilizando rejeitos de níquel como principal matéria-prima, com diopsídio de ferro-magnésio como fase cristalina principal, por meio de um processo de laminação. Os resíduos utilizados foram resíduos de níquel da Mina de Níquel de Hongqiling, da Jilin Jien Nickel Industry Co., Ltd., após flotação para recuperação de minérios de sulfeto de cobre-níquel. A composição química principal dos rejeitos está detalhada na Tabela 5-22. Por meio de experimentos, a formulação básica para a produção de vitrocerâmica a partir de rejeitos de níquel foi determinada conforme mostrado na Tabela 5-23. A faixa adequada de composição do vidro (wt%) é: SiO₂ 37–39, CaO 13–15, Al₂O₃ 15–18, MgO 13–15, FeO 7,5–9, (K₂O+Na₂O) 3–6, TiO₂ 2–3. As temperaturas de nucleação e cristalização são 780 °C e 900 °C, respectivamente. As amostras de vitrocerâmica preparadas apresentaram resistência à flexão de 45,4–98,6 MPa, dureza superficial de Mohs de 6–7 e absorção de água de 0.

Tabela 5-22 Composição química principal dos rejeitos de níquel (%)

Tabela 5-23: Formulação básica para a produção de vitrocerâmica a partir de rejeitos de níquel

Yu Jianchang utilizou rejeitos de nióbio-tântalo de Nanping, em Fujian, como principal matéria-prima, adicionando quartzo natural em pó e calcário, para produzir vitrocerâmicas à base de wollastonita pelo método de sinterização. De acordo com a análise experimental, os rejeitos de nióbio-tântalo são ricos em SiO₂, Al₂O₃ e contêm uma certa quantidade de Na₂O, o que os torna adequados para a preparação de vitrocerâmicas do sistema CaO-Al₂O₃-SiO₂ com wollastonita como fase cristalina principal. Os resultados mostraram que a adição de rejeitos pode atingir 50%, a temperatura de fusão adequada é de 1.450 °C, a nucleação ocorre a 855 °C por 3 horas, a cristalização a 920 °C por 2 horas, resultando em uma vitrocerâmica com tamanho de grão cristalino de cerca de 100–300 nm, distribuição uniforme e fase cristalina representando 60%. Suas propriedades físicas e químicas são superiores às dos azulejos cerâmicos, do granito natural e do mármore natural. Kuang Jingzhong também conduziu pesquisas experimentais sobre a preparação de vitrocerâmicas utilizando rejeitos de nióbio-tântalo como matéria-prima principal. A placa decorativa composta de vitrocerâmica preparada a partir de rejeitos de tântalo-níobio apresentou boa cristalização, boa aderência entre o corpo e o esmalte, sinterização completa e uma superfície sem poros. A taxa de utilização de rejeitos de tântalo-níobio no esmalte de vitrocerâmica pode atingir 40%–50%.

A Universidade de Tongji, em colaboração com a Fábrica de Vidros nº 2 de Xangai, utilizou rejeitos de cobre de Langyashan (Anhui) como matéria-prima principal, com areia de sílica e calcita como materiais auxiliares (proporção da mistura: rejeitos de cobre ~60%, materiais auxiliares ~40%). Após testes industriais, eles desenvolveram um material vitrocerâmico a partir de rejeitos de cobre capaz de substituir mármore, granito e ladrilhos cerâmicos, com alta resistência mecânica, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Liu Weiping e col. prepararam painéis vitrocerâmicos e areia de quartzo colorida a partir de rejeitos de cobre, com boas propriedades físico-químicas comparáveis às da pedra natural.