O ciclo produtivo da indústria cerâmica

  1. TO ciclo produtivo da indústria cerâmica

Neste artículo exploraremos o ciclo produtivo da indústria cerâmica. Este sector é composto por empresas industriais activas na produção de

  • ladrilhos;
  • lajes;
  • cerâmica sanitária;
  • materiais refratários e cerâmica técnica;
  • tijolos;
  • porcelana e louças.

Na Itália, o ciclo produtivo da indústria cerâmica envolve cerca de 280 empresas, que empregam mais de 27.500 pessoas e desenvolvem um facturamento anual de 6,5 bilhões de euros (dados de 2019).

A indústria cerâmica italiana representa excelência aos olhos do mundo. Em 2020, o sector sofreu um semestre com perdas, mas recuperou na segunda metade do ano, dando perspectivas mais do que positivas para 2021. Graças à capacidade de inovação tecnológica e evolução dos produtos, a indústria cerâmica italiana consegue satisfazer um mercado cada vez mais exigente.

O principal desafio para o sector, no entanto, é o da sustentabilidade, vale dizer, a redução do impacto ambiental do ciclo produtivo da indústria cerâmica. Na última parte deste artigo veremos o que a indústria cerâmica faz para se enquadrar em um modelo de economia circular.

Preparação de matérias primas

preparação das matérias primas representa o início do ciclo produtivo da indústria cerâmica, e visa obter uma mistura o mais homogênea possível, com uma distribuição granulométrica e uma forma de grãos adequada e funcional ao produto final.

A palavra “cerâmica” vem do grego antigo κέραμος, kéramos, que significa “argila”, “terra de oleiro”. É um material inorgânico, não metálico, muito dúctil em seu estado natural e torna-se rígido após a fase de cozimento.

Normalmente, as cerâmicas são compostas por diversos materiais: principalmente argilas, mas também feldspato (sódio, potássio ou ambos), areia sílica, óxidos de ferro, alumina e quartzo. Antes de serem processados, é necessário recorrer a uma preparação das matérias-primas. As fases deste processo podem ser diferentes, dependendo do resultado a almejar e do tipo de produção (artesanal ou industrial) que se realizará.

Quanto à argila, na fase de preparação das matérias-primas em uma produção do tipo industrial, ela será primeiramente seleccionada de acordo com o processamento a ser realizado.

Os tipos de argila mais comumente usados são

  • argila arenosa, caracterizada por grãos finos e alta plasticidade;
  • argilas refratárias, particularmente resistentes ao fogo;
  • caulino, de cor branca, utilizado na produção de porcelanas e caracterizado pela refratariedade, baixa plasticidade e baixo poder de secagem.

Uma vez escolhida a mais adequada, a argila deve ser limpa de impurezas (fase de cura), e, em seguida, submetida a lavagem, dissolvendo-a em água para dispersar os sais solúveis. A purificação posterior permite eliminar impurezas residuais e refinar o composto, removendo os grânulos mais grossos.

O próximo passo nesta fase de preparação da matéria-prima é o processamento propriamente dito da argila, que é amassada para eliminar as bolhas de ar e compactá-la. Às vezes, um pó é adicionado ao composto obtido a partir da moagem de restos de cerâmica previamente cozidos (chamotas), que serve para tornar o produto mais resistente a mudanças bruscas de calor.

Este processo de preparação das matérias-primas, dentro do ciclo produtivo da indústria cerâmica, pode variar dependendo do produto a ser obtido, por exemplo:

  • cerâmicas de pasta porosa (terracota, faiança, majólica)
  • cerâmicas de pasta compacta (gres, klinker, porcelana).

Terracota

O que diferencia a terracota de outros tipos de cerâmica é a presença de sais ou óxidos de ferro: eles são responsáveis pela coloração amarela ao marrom-avermelhada que as terracotas adquirem após o cozimento. Os óxidos de ferro contribuem para a vitrificação desse tipo de cerâmica, melhorando sua resistência mecânica e reduzindo sua porosidade.

O cozimento é efectuado a uma temperatura de 980-990 graus centígrados.

A terracota é particularmente versátil, podendo ser utilizada tanto com revestimento de superfície como sem revestimento: no primeiro caso especialmente para a produção de utensílios de cozinha (pratos, xícaras, panelas de cozimento lento, etc.), no segundo como material estrutural e ornamental para vasos, jarros, tijolos e muito mais.

Na forma de tijolo, a terracota é o material de construção mais comum. Em comparação com a terracota real, o tijolo se distingue por uma purificação menos precisa das argilas.

Gres porcelanato

gres porcelanato é obtido através do processo de sinterização de matérias-primas (argilas cerâmicas, feldspato, caulins e areia) que primeiro são trituradas e transformadas em barbotina, depois finamente atomizadas, até se obter um pó granulometricamente uniforme, adequado para a prensagem.

Na verdade, o gres é principalmente utilizado na produção de ladrilhos para casas de banho e cozinhas. O cozimento ocorre a uma temperatura entre 1200 e 1350 graus centígrados, e as cores variam de acordo com os compostos ferrosos presentes.

Podem ser distinguidos dois tipos de gres porcelanato:

  • natural, também conhecido como gres técnico: assemelha-se ao mármore natural e mantém as características técnicas do gres porcelanato;
  • esmaltado, ou colorido na mistura com adição de argilas cauliníticas, fundentes e materiais inertes.

Klinker

klinker (ou clinker) é um material tijolo submetido a um determinado processo de cura e secagem que termina com um cozimento a 1250 graus centígrados por mais de 30 horas. Este procedimento complexo torna possível a solidificação da mistura e o esmaltado da humidade, tornando o klinker especialmente resistente e repelente à água.

Com aspecto semelhante ao cozido, pelas suas características técnicas, o klinker é um dos suportes mais utilizados para pavimentos exteriores, revestimentos de fachadas, piscinas e mobiliário urbano em geral. A sua versatilidade também está levando-o a se firmar na arquitectura residencial, como pisos de interiores.

Porcelana

A porcelana é uma cerâmica vitrificada de corpo branco, de grão fino, geralmente translúcido. É considerada a cerâmica “nobre” por excelência: foi inventada na China por volta do século VIII, e seu principal ingrediente é o caulino hidrossilicato de alumínio, uma argila branca particular.

A cozedura da porcelana pode efectuar-se a diferentes temperaturas entre 1200 e 1400 graus centígrados, consoante se pretenda obter porcelana macia (1200 graus), principalmente utilizada para a confecção de figuras, ou porcelana dura (a partir de 1280 graus). A porcelana Bone China, criada na Grã-Bretanha, é uma porcelana dura à qual é adicionado um pó de osso calcinado.

A porcelana dura, que na Europa e depois no mundo deu origem a várias produções históricas (Meissen, Ginori, Capodimonte, Limoges, etc.), pode ser recoberta com esmaltes coloridos, geralmente compostos por silício, feldspato e alumina. O esmalte é aplicado em alta temperatura (800-1250 graus centígrados).

Moagem e atomização

O ciclo produtivo da indústria cerâmica continua com as fases de moagem e atomização.

O objectivo da moagem/atomização é reduzir os tamanhos originais, ainda grosseiros, em partículas de diâmetro e distribuição granulométrica ideais para o produto final a ser obtido.

A moagem pode ser

  • a seco;
  • húmida.

A moagem a seco é geralmente usada quando as matérias-primas já são muito homogêneas em termos de morfologia e dureza, e o produto final não exige uma qualidade muito alta.

A moagem húmida, por outro lado, é adequada para minimizar o tamanho das partículas das misturas utilizadas e torná-las o mais homogêneas possível. Com esse processo, as misturas moídas são então dispersas em uma solução de sólidos em água (barbotina), que tem por objectivo reduzir ainda mais as partículas naturais.

A moagem húmida também é utilizada quando as argilas contêm impurezas poluentes, que devem ser eliminadas da mistura: neste caso, adiciona-se ao processo a peneiração cuidadosa da barbotina.

A fase de atomização serve para reduzir a pasta cerâmica a um pó que, devido ao seu tamanho de partícula e humidade, é adequado para a prensagem.

O processo, que o ciclo produtivo da indústria cerâmica “herdou” da indústria farmacêutica e da indústria alimentícia, envolve o uso de grandes recipientes torre (atomizadores), nos quais é injectado em alta pressão e pulverizado por cima um jacto de barbotina. Este é atingido por um fluxo de ar quente produzido por um gerador de calor: a barbotina é finamente pulverizada e as partículas se secam. O pó cai em direcção à parte inferior do atomizador, é coletado e enviado para os tanques de armazenamento para um período de descanso (no mínimo 24 horas).

Prensagem

A próxima fase do ciclo produtivo da indústria cerâmica é a prensagem.

Este processo é utilizado para modelar a matéria-prima, em pó ou granular, até que ela adquira uma forma quase definitiva e, sobretudo, uma consistência que lhe permita resistir às fases de processamento subsequentes sem quebrar ou deformar.

As operações básicas desta etapa são três:

  • conformação, durante a qual o produto semitrabalhado adquire uma geometria bem definida;
  • compactação de pós, que confere ao produto suas características mecânicas;
  • espessamento dos pós, para limitar os vazios no produto prensado.

Dependendo da porcentagem de água contida na matéria-prima, a prensagem pode levar a diferentes condições:

  • estado plástico: a mistura contém 20-25% de água residual;
  • estado semi-seco: a humidade residual nos pós é de 10-15%;
  • estado seco: a humidade dos pós está entre 3% e 7%.

Cozimento

O ciclo produtivo da indústria cerâmica continua com o cozimento, precedida de uma fase de secagem, fundamental para que o objecto perca a humidade residual e a plasticidade e, em seguida, fixe-o em sua forma final.

O cozimento é feito em fornos especiais, que funcionam a temperaturas entre 800 e 2000 graus centígrados, e podem durar várias horas. Ao final do processo, que também pode incluir duas fases, o produto terá sofrido redução de volume.

A temperatura de cozimento é determinante para o resultado final. Alguns exemplos:

  • as terracotas são obtidas entre 960 e 1030 graus centígrados;
  • o gres entre 1200 e 1350 graus;
  • o klinker a 1250 graus, com um cozimento que pode durar 30 horas;
  • a porcelana macia entre 1200 e 1300 graus centígrados;
  • a porcelana dura entre 1300 e 1400 graus;
  • as cerâmicas de alta tecnologia são obtidas entre 1400 e 1700 graus e requerem a adição de substâncias como caulina e alumina.

Esmaltagem

esmaltagem representa a última fase do ciclo produtivo da cerâmica e tem uma finalidade estética e prática. Na verdade, a cerâmica vitrificada é impermeabilizada e bem isolada do ponto de vista térmico.

A esmaltagem consiste na aplicação de vitrina (revestimento de vidro transparente, disponível na forma de pó ou líquido) ou de esmalte de cobertura sobre a cerâmica, entre a primeira e a segunda fase de cozimento, ou antes do cozimento simples.

A composição básica dos esmaltes prevê a presença de quatro elementos fundamentais:

  • vidro (silício, boro);
  • fundentes alcalinos (geralmente sódio, potássio e lítio);
  • fundentes alcalino-terrosos (por exemplo cálcio, magnésio, bário, zinco);
  • estabilizador (alumina).

Para diminuir o ponto de cozimento e, consequentemente, reduzir os tempos e custos de aplicação, o ciclo produtivo da cerâmica envolveu a adição de óxidos de chumbo por um longo tempo. Devido à sua toxicidade, estes últimos foram declarados fora da norma na produção de recipientes de cerâmica que podem ser usados para uso alimentar (independentemente do seu destino original, por exemplo, móveis ou decoração).

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Indústria cerâmica e economia circular

O ciclo produtivo da indústria cerâmica presta-se particularmente a ser inserido em um modelo de economia circular.

Este último tem sido, há anos, um ponto de referência consolidado nas políticas da União Europeia e de cada país, incluindo a Itália.

A definição mais citada de economia circular é a proposta pela Fundação Ellen MacArthur: é “uma economia desenhada para poder se regenerar”, ou seja, um modelo de produção e consumo que visa minimizar o desperdício, prolongando ao máximo o ciclo de vida dos produtos.

O produto cerâmico, por sua natureza, é extremamente duradouro. Caracterizada pela resistência em condições atmosféricas extremas, produtos químicos, humidade, mudanças bruscas de temperatura e raios ultravioleta, a cerâmica é um material com vida útil estimada em mais de 50 anos, facilmente reciclável em processos de reaproveitamento de resíduos.

O ciclo produtivo da indústria cerâmica, de fato, é capaz de aproveitar internamente a maior parte dos resíduos e resíduos gerados durante a produção.

Resíduos de ladrilhos (crus ou cozidos), lodos das linhas de lavagem ou das fases de lixamento e polimento, resíduos da moagem e cal exaurida são alguns dos materiais que podem ser incluídos no ciclo produtivo da indústria cerâmica, substituindo as matérias-primas. Isso permite evitar a extracção, transporte e aproveitamento de milhares de toneladas de matérias-primas de origem natural (areias, feldspato, alumina, argila, etc.), com o respectivo impacto ambiental e económico.

Segundo dados do sector, o ciclo produtivo da indústria cerâmica permite o reaproveitamento de 99,5% dos resíduos de produção e purificação, que atendem a 8,5% da necessidade de matéria-prima. Só na Itália, graças a esta capacidade do sector, evita-se a extracção na natureza de mais de 600.000 toneladas de argilas, feldspato e outras matérias-primas.

Outra redução na retirada de matérias-primas da natureza se deve à inclusão, no ciclo produtivo da indústria cerâmica, de resíduos de outros sectores produtivos, como resíduos de vidro, lamas da indústria têxtil e muito mais.

Os processos consolidados de reaproveitamento de águas residuais também contribuem para a plena inserção deste sector industrial num contexto de economia circular. De fato, durante o ciclo produtivo da indústria cerâmica, o consumo de água é um aspecto muito importante, principalmente nas fases de moagem de matérias-primas, esmaltagem e acabamento de ladrilhos cozidos. Graças aos processos de reutilização activados por décadas nas empresas cerâmicas, quase toda a água residual é reciclada durante o processo de moagem.

A indústria cerâmica e a economia circular são uma combinação que também atua no sentido de reduzir o consumo de combustíveis fósseis e a produção de gases de efeito estufa: o reaproveitamento interno de materiais, de fato, limita a circulação de veículos pesados para o transporte de matérias-primas, e tem um efeito positivo na gestão do ciclo dos resíduos e na quantidade destes.