Gestão da Produção: descrição das principais matérias primas cerâmicas.

1. DESCRIÇÃO
DAS
PRINCIPAIS
MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS
Matérias Primas e Processos de Fabrico

2. 1.2. Quartzo de areia, cascalho e seixo
• Mais de 90% do quartzo utilizado na indústria cerâmica provém de areias móveis
ou mais ou menos consolidadas acumuladas por via fluvial, marinha ou eólica.
• Tais depósitos sedimentares têm forma tabular e lenticular apresentando
espessuras que vão desde poucos metros até centenas de metros e resultam da
actuação da Meteorização intensa de maciços de rochas granitóides e de
ortogneisses durante a qual os minerais relativamente pouco estáveis, caso de
feldspatos e micas, são degradados por acção química. A subsequente erosão e
o transporte em suspensão do material argiloso formado e a selecção dos grãos
de quartzo durante o transporte mecânico por acção da água ou do vento
proporciona a concentração das areias quartzosas.
• Muitas vezes as areias quartzosas apresentam uma matriz argilosa em
quantidade apreciável que deve ser removida por lavagem quando se têm em
vista certas aplicações cerâmicas.

3. • A purificação da areia também pode fazer-se por meios químicos e magnéticos.
Processos electromagnéticos podem permitir a remoção de minerais, tais como:
ilmenite, magnetite e outros, pertencentes à fracção densa ou pesada.
• Um dos principais requesitos para a pureza química da areia quartzosa é um
baixo teor em ferro total sob a forma Fe2O3 que não deve exceder 0,05% ou
mesmo 0,02% nas areias da melhor qualidade. Por exemplo, a areia para
cristalaria deve satisfazer as especificações seguintes: Fe2O3 <0,02%;
AI2O3<0,2%; alcalis<0,01%.
• O calibre do grão de areia quartzosa usada na indústria cerâmica situa-se
geralmente entre 2 mm e 0,063 mm. A cerâmica estrutural (tijolo, telha, etc.) não
exige quartzo com grão muito fino. Mas, a porcelana, louça sanitária e produtos
semelhantes exigem areia quartzosa com calibres entre 0,90 mm-0,075 mm.
Para a indústria do vidro o grão do quartzo deve situar-se entre 0,6 e 0,1 mm.

4. • Quanto à morfologia do grão da areia quartzosa ela pode apresentar
formas desde a completamente angulosa até à completamente
arredondada. Os grãos angulosos são atacados mais rapidamente pela
fusão ou vidro formado em alguns processos industriais.
• A areia quartzosa com teores elevados em caulinite é usada no fabrico
de refractários silíco-aluminosos.
• A areia quartzosa mais pigmentada com óxidos de ferro, titânio ou
manganês, não serve para cerâmica mas pode ser utilizada em
metalurgia para moldes de fundição do aço e outros metais. Neste caso,
o agente cimentante da areia é, usualmente, bentonite (7%).
• Na cerâmica, a areia quartzosa actua principalmente como carga,
reduzindo a plasticidade, a contracção em cozido, a deformação e o
tempo de secagem e aumentando a porosidade dos produtos cozidos
pouco vitrificados e a resistência mecânica durante a queima.

5. • O quartzo é o principal formador de vidro no corpo cerâmico e, quanto mais fino
for, maior é a sua superfície específica reagindo mais rapidamente com os outros
componentes.
• O cascalho e o seixo quartzoso de certos terraços fluviais ou marinhos ou de
certos conglomerados também podem ser utilizados na indústria cerâmica.
• Na escala de Wentworth usada em sedimentologia o diâmetro de grão que
separa a areia do cascalho é 2 mm. Os depósitos ideais de areia e de cascalho
devem possuir ampla distribuição no que respeita à dimensão do grão de modo a
permitirem a classificação de separados para diferentes usos. Devem conter
ainda pouca mica, pouco feldspato, poucos óxidos de ferro, pouca argila e pouca
matéria orgânica.
• Os principais países produtores de areia quartzosa e cascalho quartzoso são os
seguintes: França (Fontainebleau), Bélgica (Namur), Alemanha (RFA)
(Dorentrup, Duingen-Walíensen, Norte de Zarzvorland), Checoslováquia (Ceska
Lipa, Strelec e Adersbach), EUA (Virginia, Pensilvânia, Illinois e Missouri).

6. • Provavelmente, a nível mundial, a areia e o cascalho silicioso
ultrapassam todos os recursos minerais não combustíveis, metálicos ou
não metálicos, quer em tonelagem quer em valor.
• Portugal possui depósitos de areias brancas especiais, usadas nas
industrias de cerâmica e do vidro, situados particularmente em Rio Maior
(o maior depósito de areias siliciosas cauliníticas), em Coina (Setúbal)
com areias grosseiras e bastante impuras, em Alhadas (Figueira da Foz)
com areias feldspáticas, em Aguieira (Águeda), em Pombal e Barosa
(Leiria) e ainda em Alenquer (areias argilosas refractárias).

7. 1.3. Quartzo de quartzito, cherte, silex e
lidito
• O quartzito é uma rocha metamórfica que resulta da recristalização de
sedimentos muito ricos em areia quartzosa e que pode constituir
formações extensas e espessas.
• Utiliza-se normalmente no fabrico de refractários ácidos ou siliciosos e
de produtos cerâmicos estruturais. Os refractários siliciosos são muito
sensíveis à presença de pequenos teores em AI203 e alcalis que podem
ser deletérios se os refractários são usados a temperaturas próximas da
do ponto de fusão.
• Teores até cerca de 5% de AI203 causam rápida formação de fase líquida
a 1660ºC, correspondendo ao eutético no sistema SiO2- AI203.

9. • Os quartzitos situam-se normalmente em terrenos do Paleozóico ou
mesmo do Precâmbrico.
• Os países principais produtores de quartzito são: Inglaterra (próximo de
Shefield onde o quartzito é conhecido pelo nome "ganister"), Alemanha –
ex-RFA (Kempen, Oberrosbacn e Stromberg), Alemanha – ex-RDA
(Thuringen), Polónia (Silésia), França (Bretanha e Normandia), Bélgica
(Ardenas), Rússia (várias regiões dos Urais), EUA (Maryland, Colorado,
Califórnia e Alabama).
• Em Portugal há depósitos de quartzito Paleozóicos (Ordovícico e
Silúrico) de grande dimensão e com boa qualidade nalgumas
ocorrências. Em 1981 havia 5 pedreiras de quartzito em actividade com
uma produção de 590.000 ton. e o valor de 110.000 contos. O cherte é
composto por quartzo muito fino, muitas vezes sob a forma de bandas
ou zonas também muito finas, aparece em nódulos e concreções em
calcários.

10. • A formação do cherte relaciona-se com a fase da
diagénese em que se verifica a dissolução de
esqueletos siliciosos de organismos (radiolários e
diatomáceas), a que se seguiu uma reprecipitação em
meio ácido.
• O lidito é um material silicioso, finamente granular e
frequentemente penetrado por veios de quartzo
secundário, cinzento ou preto, cuja cor é devida a
matéria orgânica combustível finamente dispersa. O
lidito forma intercalações ou camadas com poucos
centímetros de espessura em xistos negros.

11. 1.4. Vidros vulcânicos siliciosos
• Vidros vulcânicos ricos em sílica fazem, frequentemente, parte de rochas
vulcânicas ou efusivas e constituem matéria prima conveniente para a
indústria cerâmica.
• Existem vários tipos de vidros vulcânicos siliciosos: obsidiana, liparite,
perlite e pumito. Estes vidros vulcânicos são ricos em água.
• Por exemplo, à perlite cujo nome deriva da presença de fracturas
arranjadas concêntricamente sugerindo as zonas de crescimento das
pérolas e que se devem a contracção durante o arrefecimento,
corresponde habitualmente a composição riolítica seguinte: Si02 (68-
75%), AI203 (12-16%), Fe203 (0,5-2%), CaO (1-2,5%), K20 (3-5%), Na20
(5-8%) e H20 (2-7%). Após arrefecimento rápido, a perlite granulada
expande até cerca de 20 vezes o volume inicial.

12. • Comercialmente, o termo perlite compreende qualquer vidro vulcânico
que expande quando aquecido rapidamente e que forma um material
leve com estrutura celular.
• A perlite expandida é material muito procurado para o fabrico de betão
leve, cimento isolador térmico e acústico cimento refractário, azulejo,
tubos isolantes para condução de vapores.
• A perlite expandida tem baixa condutividade térmica e elevada absorção
sonora. Quando os grãos de perlite moída são aquecidos à temperatura
de fusão incipiente (800-1100ºC) a água contida é convertida em vapor
de água e os grãos incham. A expansão tem lugar em fornos verticais
estacionários ou em fornos horizontais rotativos.

13. • Os depósitos comerciais de perlite são restritos a formações vulcânicas
Terciárias e Quaternárias. A razão da ocorrência não se verificar em
depósitos mais antigos deve-se ao fenómeno da desvitrificação do vidro
vulcânico com o tempo. Tais depósitos correspondem a domos de lava
formados aparentemente pela extrusão de magmas altamente viscosos.
• Depósitos de perlite que podem ocorrer sob a forma de escoadas,
diques, soleiras ou domos encontram-se em Itália (Sardenha), Islândia,
França, Bulgária, Hungria, Checoslováquia, URSS (Arménia), EUA
(Novo México), Grécia (ilhas de Milos eKos), Turquia e África do Sul.
• Em 1985 a produção mundial de perlite rondou os 2 milhões de
toneladas.

14. • O pumito é um vidro vulcânico vesicular de baixa densidade, capaz de
flutuar em água.
• O pumito resulta da solidificação de lavas ácidas ricas em SiO2 e ricas
também em voláteis dissolvidos. As erupções destas lavas muito viscosas
são geralmente violentas porque a pressão do gás vê-se rapidamente
diminuída e a expansão dos voláteis gera massas celulares na lava
expandida. De facto, o arrefecimento rápido, quando em contacto com a
atmosfera, gera vidros com numerosas bolhas.
• O pumito possui maior resistência mecânica do que a perlite expandida,
facto que permite a produção de betão mais resistente. Além disso o
pumito foi já expandido naturalmente não necessitando de ser expandido
em fornos. Todavia, a perlite expandida sendo produzida em condições
controladas pode satisfazer determinadas especificações requeridas para
certos usos, ao contrário do pumito.

15. • As propriedades principais do pumito são: baixo peso
específico e alta capacidade isolante. A densidade do
pumito é um pouco inferior a 1, enquanto que a
densidade do vidro normal é cerca de 2,5, facto que
permite que o pumito flutue na água.
• A permeabilidade do pumito é baixa porque cada
cavidade celular está isolada das vizinhas por meio de
finas membranas de vidro.
• O pumito pode ser finamente moído e adicionado ao
cimento "Portland", actuando como material
pozolânico, na proporção de 10-30% em peso. O
pumito constitui a pozolana natural mais importante.

16. • Não possui por si só capacidade aglomerante ou
cimentante, mas ao reagir com o hidróxido de cálcio
libertado pele cimento "Portland" quando em contacto
com a água, proporciona propriedades aglomerantes.
O pumito moído pode ser usado ainda como abrasivo
em sabões, em pós de limpeza doméstica e em
dentífricos. O pumito ocorre particularmente na ex-
RFA, Itália (ilha de Lipari), Ilhas Canárias, E.U.A.
(Arizona, Califórnia e Novo México), França, Grécia
(ilhas de Yali e Nisisros) e Açores.
• A produção mundial de pumito em 1985 rondou
as 20.000 toneladas.

17. 1.5. Refinação e beneficiação do quartzo de filão, de areia e de quartzito
• Se o quartzo se apresentar como cristal de rocha pode-se beneficiar o seu grau
de pureza para valores tais como SiO2 (99,9%), Fe2O3 (0,001%), e Al2O3
(0,01%).
• Para tal, os cristais individuais de quartzo são aparados por meios manuais
visando a remoção das capas exteriores que contêm naturalmente a maior parte
das impurezas. Em seguida, na respectiva cominuição evita-se a contaminação
com metais (de placas britadoras, placas de revestimentos, barras, bolas, etc.)
dos moinhos habituais, calcinando o quartzo a 900-1000ºC e introduzindo-o
depois em água fria.
• Deste modo os cristais de quartzo reduzem-se a grão do tamanho de areia que
será então fundido.
• O quartzo de filão ou de pegmatito tem composição média a que correspondem
os valores seguintes: SiO2 (99,5%), Al2O3 (0,2%) e Fe2O3 (0,01%).

18. • O quartzo é moído em moinho de maxilas, crivado e tratado
quimicamente com uma solução de HCI. Retirada a solução
sobrenadante, o quartzo é seco e limpo de minerais ferríferos presentes
por meio de separação magnética. Após isto, o quartzo é moído
novamente abaixo de 0,25 mm, podendo proporcionar a composição
média seguinte: SiO2 (99,7%), AI2O3 (0,2%), Fe2O3 (0,0015%), Na20
(0,02%) e K20 (0,02%).
• O quartzito geralmente usado para refractários siliciosos, requer a
preparação seguinte: moagem em moinhos de maxilas e moinhos
cónicos, crivagem em redes vibratórias de diversa malha e
hidroclassificação.
• Isto permite a obtenção de separados granulométricos, tais como: 0-1
mm, 0-2 mm, 0,5-3 mm, 2-6 mm, 4-9 mm, 7-14 mm.

19. • Dá-se conta a seguir duma análise representativa do quartzito de Taunus
(Alemanha): .
• Si02 (96,5%), Al2O3 (2%), Ti02 (0,3%), Fe203 (0,2%), MgO
(0,25%), CaO(0,25%), Na2O (0,2%), K20 (0,2%), P.R (0,5%).
• A areia quartzosa resulta de processos de meteorização variados, pelo
que, contém inevitavelmente impurezas que podem estar fixadas à
superfície (caso de películas de óxidos de ferro) ou serem grãos de
outros minerais associados: feldspato, mica, argila ou minerais pesados
(estes cuja densidade é superior a 2,9 e podem aparecer como inclusões
nos grãos de quartzo).

20. • Na preparação duma areia quartzosa ou siliciosa, intervêm em geral,
várias operações. Em primeiro lugar, efectua-se uma lavagem que
permite a eliminação de impurezas fixadas ou alojadas na superfície do
grão ou que fazem parte da matriz argilosa. Nessa lavagem utilizam-se
contentores especiais onde uma polpa formada por sólidos em
quantidade à volta de 75% e água é agitada fortemente de modo a
favorecer os choques entre grãos. Para reforçar o efeito da lavagem é
adicionado à polpa um ácido (H2S04, pH=3) ou uma base (NaOH,
pH=10). As impurezas são depois retiradas por acção de ciclones ou
espirais de desidratação.
• A seguir à lavagem procede-se normalmente a uma crivagem ou
classificação granulométrica em telas vibratórias adequadas (funcionam
bem para grão com diâmetro esférico equivalente (d:e.e,) < 1,5 mm) ou
hidroclassificadores (para boa classificação de grão com calibre entre
0,1-1 mm).

21. • As indústrias de cerâmica e do vidro necessitam, para determinados
produtos, de areia com pureza consistente.
• Os métodos de flutuação oferecem a possibilidade, em certas
circunstâncias, de eliminação de certas impurezas (minerais pesados
como hematite ou magnetite, turmalina, andaluzite, rútilo, zircão, etc) que
não podem ser separadas só por lavagem e classificação.
• O princípio da flutuação assenta na reacção diferencial entre a superfície
do grão dos diferentes minerais e determinados reagentes, de forma que
uma espécie mineral fica revestida por um reagente hidrofóbico ou
repelente de água, podendo portanto ser transportada para o cimo da
célula de flutuação por meio de bolhas de ar cuja formação é provocada.
Então, a camada superficial formada contendo o mineral hidrofóbico é
retirada por um sistema com pás.

22. • O método de flutuação adoptado depende da composição mineral da
areia original e da flutuabilidade dos minerais que formam a ganga, que
normalmente são: micas, hematite, magnetite, rútilo, ilmenite, andalusite,
estaurolite, zircão e feldspato.
• Por isso mesmo, a flutuação deve processar-se em vários estádios. Num
primeiro estádio, são flutuados os óxidos com emprego dum colector
aniónico (ácidos gordos a pH<3). As micas são flutuadas com um
colector catiónico (amina primária) antes da flutuação dos óxidos a pH<3
ajustado com H2SO4. A flutuação dos feldspatos deve fazer-se depois da
dos óxidos também com colectores catiónicos (aminas) acompanhada
pela activação adicional com iões F- na forma de HF ou NaF a pH<3.

23. • Caso as impurezas estejam tão firmemente ligadas às superfícies dos
grãos de areia que não possam ser retiradas por lavagem e se for
exigido um elevado grau de pureza no que respeita a óxidos de ferro,
deve fazer-se purificação química com tratamento ácido que permita a
reciclagem do ácido, depois de eliminadas as impurezas dissolvidas.
Emprega-se habitualmente uma solução quente de H2SO4 diluído e
ácido oxálico ou HF diluído e um agente redutor (hidrosulfito de sódio) ou
ainda HCI gasoso.
• A separação magnética de alta intensidade oferece um outro meio
complementar de purificação de areia siliciosa.
• Depois de beneficiadas, as areias podem ser moídas em moinhos
revestidos com placas de sílex que utilizam bolas ou seixos de quartzo
com 50-80 mm de diâmetro e secas em leitos fluidizantes para se
obterem as farinhas de sílica.

24. • A indústria do vidro é importante consumidora de areia siliciosa. Cerca
de 90% da totalidade do vidro fabricado é do tipo sílica (Si02)-cálcia
(CaO)-soda (Na20).
• Vidros de garrafa, de outros recipientes e de janela são vidros deste tipo,
onde grosseiramente entram 70% Si02 + 15% Na20 + 5-10% CaO. O
restante inclui alumina (AI203), magnésia (MgO) e outros compostos que
são adicionados para conferirem ao vidro propriedades especiais.
• A qualidade das matérias primas deve ser rigorosamente controlada,
porque depois de fundidas, as impurezas se as houver, não podem ser
removidas. Para o vidro plano ordinário o teor mínimo de Si02 deve ser
95%. Vidros especiais requerem composições especiais. Vidro do tipo
Pyrex contem 10-25% B203.

25. • O vidro verde e o vidro âmbar de garrafa contêm ferro e enxofre,
respectivamente. O vidro azul contém óxido de cobalto. Óxido de zinco e
fluoreto de sódio tomam o vidro opalino.
• Os fornos de vidro devem operar 24 horas/dia, todos os dias do ano.
• O vidro fundido no forno flui em placas de cerca de 4 metros de largura
para a superfície perfeitamente plana dum banho de estanho fundido. As
irregularidades da chapa de vidro desaparecem e as superfícies superior
e inferior ficam perfeitamente paralelas. Suficientemente arrefecida para
passar aos rolos, a chapa de vidro move-se para uma estufa onde é
reaquecida para eliminar tensões internas. Depois sai, é arrefecida à
temperatura ordinária e é cortada para os tamanhos desejados.

26. • A Sibelco Portuguesa, Lda. com unidade industrial
localizada em Rio Maior possui reservas próprias de
areias para cerca de 80% das areias utilizadas pelas
indústrias portuguesas.
• Prepara areias secas para moldes de fundição,
refractários, tintas, colas, cimento-cola e decapagem;
areias húmidas para cerâmica, vidro (plano e cristal),
construção civil, filtros industriais para captação de
água; farinhas de sílica para pastas cerâmicas com
variados graus de brancura e diâmetro médio de grão
(79; 38 μm), (80; 28 μm), (82; 19 μm), (84; 6 μm); (86;
2 μm).

27. • Pode produzir 1000 toneladas de areias
húmidas/dia e 200 toneladas de areias secas/dia
e como produto secundário do tratamento das
areias pode produzir 80 toneladas de caulino/dia
com d.e.e.<40 μm para ser utilizado na indústria
cerâmica. Comercializa ainda cristobalite utilizada
em vidrados e fritas cerâmicas.
– Em 1987 o valor comercial da areia para cristal regulou por 7-8 contos/tonelada e o
valor da areia para vidro plano regulou por 3 contos/tonelada.
– Portugal é importador e exportador de areias para usos industriais. Embora os
valores monetários sejam equivalentes, a tonelagem exportada é cerca de quatro
vezes superior à tonelagem importada.

28. 1.6. Sílicas sintéticas
• Para além das sílicas naturais a indústria utiliza sílicas sintéticas que geralmente
são amorfas e possuem tamanho de grão controlado. As sílicas sintéticas
distribuem-se por dois grupos; um que compreende sílica fumada e sílica
pirogénica e outro que compreende sílica precipitada e sílica gel.
• A sílica fumada é preparada por hidrólise a alta temperatura de tetracloreto de
silício em chama de hidrogénio e oxigénio. Formam-se partículas esféricas de
sílica (7-20 um) que se agrupam em agregados ou cadeias com as superfícies
exteriores revestidas por hidroxilos. Quando dispersa em líquidos os hidroxilos
superficiais ligam os agregados e formam armações tridimensionais com
consequente espessamento ou formação de gel, com propriedades tixotrópicas.
• A sílica pirogénica é produzida por processo de arco eléctrico utilizando uma
carga de quartzo e coque. As sílicas pirogénicas mais importantes derivam do
tetracloreto de silício.

29. • A sílica precipitada resulta da reacção entre ácido
sulfúrico e silicato de sódio em condições controladas
que leva à formação dum precipitado de sílica e
solução de sulfato de sódio. Depois o precipitado é
filtrado e lavado para se remover o sulfato de sódio,
seco e pulverizado.
• A sílica gel resulta da mistura em condições ácidas de
silicato de sódio com ácido sulfúrico, produzindo-se
um hidrosol que depois passa a massa dura e
translúcida de hidrogel do qual o sulfato de sódio
formado é removido por lavagem. O hidrogel que
contem 30% Si02 e 70% H20 é convertido em xerogel
por secagem.

30. • As sílicas precipitadas utilizam-se como cargas
reforçadoras-(por exemplo, na borracha de
calçado e pneu) como extensoras em tintas e
plásticos, em pastas dentríficas e em isolantes. A
sílica gel é utilizada em cromatografia para
separar líquidos e na clarificação de cerveja e
ainda como desecante de gases e líquidos. A
sílica fumada tem as mesmas aplicações que a
sílica precipitada e entra ainda na formulação de
tintas de impressão, cosméticos e fármacos.

31. Principais características químicas e propriedades específicas da sílica gel, da sílica
precipitada e da sílica fumada

32. • O silicato de sódio é um derivado da sílica que tem grande interesse
industrial. O silicato de sódio resulta da fusão de areia de sílica com
carbonato de sódio "soda ash" num forno do tipo tanque de vidro a
1.400ºC. Forma-se o composto "vidro de água" que depois é dissolvido
sob pressão em autoclave e tratado para originar soluções de silicato.
• n Si02 + Na2CO3 —> nSiO2, Na20 + C02, onde n = 2-4.
• Soluções de silicato podem resultar ainda da dissolução de areia de
sílica em soda cáustica através do processo "hidrotermal" a temperatura
150-200ºC.
• nSiO2 + 2 NaOH ——» nSiO2, Na20 + H20
• Destacam-se as sílicas precipitadas na produção.

33. 2. Feldspatos
• Os feldspatos constituem importante grupo de minerais formadores de
rochas e são de grande interesse para a indústria cerâmica. Podem
apresentar cor branca, amarela, vermelha, verde, azul, cinzenta ou preta.
Possuem densidade situada entre 2,54-2,64 e dureza (escala de Mohs)
entre 6-7.
• Quimicamente, os feldspatos são aluminossilicatos de K, Na, Ca e mais
raramente de Ba. Constituem cerca de 60% das rochas da crusta
terrestre mas, só uma pequena parte pode ser usada na indústria
cerâmica porque a maioria dos feldspatos ocorre em grão fino a médio
com separação mecânica impraticável dos minerais com eles associados,
muitas vezes portadores de ferro.

34. • Normalmente, quanto maior for o conteúdo em Ca do feldspato, maior é a
probabilidade de estar associado a minerais ferríferos tais como: biotite,
piroxena, anfíbola, etc.
• Por esta razão, mas que não é única, só os feldspatos alcalinos, isto é,
os feldspatos sódico-potássicos são utilizáveis na indústria cerâmica.
• De acordo com as respectivas características cristaloquímicas, os
feldspatos pertencem, tal como o quartzo, ao grupo dos tectossilicatos o
que significa que são construídos por uma rede ou armação
tridimensional de tetraedros de sílica, SiO4, onde entre 1/4 e 1/2 de
átomos de Si podem ser substituídos por Al e todos os oxigénios dum
tetraedro estão ligados a oxigénios dos tetraedros vizinhos.

35. Configuração dum cristal euédrico de feldspato

36. • Os feldspatos são
classificados usualmente
como membros do sistema
ternário KAISi3O8 -
NaAISi3O8 - CaAI2Si2O8.
• A possibilidade de existência
de solução sólida ou
substituição atómica
isomórfica entre os três
membros extremos do
sistema é expressa na figura
onde se observam soluções
perfeitas ou completas e
soluções imperfeitas ou
limitadas.

37. • Os membros da série KAISi3O8 - NaAISi3O8 são designados
feldspatos alcalinos ou potássico-sódicos e os da série NaAISi3O8 -
CaAI2Si2O8 são denominados feldspatos sódico-cálcios ou
plagioclases.
• Na primeira série consideram-se três membros quimicamente distintos:
sanidina, anortoclase e albite e na 2ª série 6 membros ou variedades:
albite, oligoclase, andesite, labradorite, bitownite e anortite.
• Na indústria cerâmica só os feldspatos alcalinos (feldspatos sódicos e os
feldspatos potássicos) têm interesse. Tais feldspatos existem em rochas
tais como: pegmatitos graníticos (onde o feldspato ocorre em cristais
relativamente grandes), aplitos e outros granitos leucocráticos (rochas de
grão fino a médio com cores claras onde os minerais ferríferos são
acessórios menores), sienitos nefelínicos e arcoses (rochas sedimentares
ricas em feldspatos, resultante da actuação de processos de
meteorização, erosão e transporte sobre rochas ígneas ou metamórficas
feldspáticas e com grão grosseiro).

38. 2-1. Cristaloquimica dos feldspatos
alcalinos
• Os feldspatos mais comuns nas rochas ígneas são:
ortoclase, microclina, albite, sanidina e pertites.
• Os feldspatos alcalinos têm composição química geral
que obedece à fórmula (K, Na) AISi3O8. Eles
subdividem-se conforme a predominância molar de K
ou Na em
• feldspatos - (K, Na) + feldspatos-K a que pertencem
anortoclase, microclina, sanidina e adularia e em
• feldspatos-(Na, K) + feldspatos - Na a que pertencem
anortoclase, albite de baixa temperatura e albite de
alta temperalura.

39. • Por outro lado, em relação com a sua estrutura cristalina, os feldspatos
alcalinos podem dividir-se em:
– monoclínicos (sanidina, ortoclase e adularia) e
– triclínicos (microclina, anortoclase, albite de baixa temperatura e albite de alta
temperatura).
• Além da variação da simetria cristalina, os feldspatos alcalinos podem
apresentar estados diversos de ordem-desordem (O-D) estrutural.
Quanto à O-D, os feldspatos-K constituem uma série dependente da
temperatura, com um membro triclínico bem ordenado em relação ao par
Si-AI, caso da microclina, até um membro monoclínico desordenado,
caso da sanidina de alta temperatura, passando por estados intermédios
parcialmente ordenados como é o caso da ortoclase monoclínica.

40. • Nos feldspatos-Na pode considerar-se uma série de estados de O-D
desde o desordenado da albite de alta temperatura até ao ordenado da
albite de baixa temperatura.
• Na sanidina, feldspato-K de alta temperatura, há somente 25% de
probabilidade de encontrar um átomo de Al dentro de qualquer tetraedro
pertencente a um grupo de 4 tetraedros vizinhos da estrutura cristalina e
75% de probabilidade de encontrar um átomo de Si. Este elevado grau
de desordem Al-Si é explicado pelo efeito da temperatura que suprime
qualquer segregação das posições atómicas.
• Na ortoclase, que se considera formada a temperatura inferior à da
sanidina, a desordem é menor, sendo aquela probabilidade de 50%, isto
é, 2 posições tetraédricas contém sempre Si. Isto significa que, Al e Si se
segregam parcialmente com o abaixamento da temperatura.

41. • A microclina cristaliza possivelmente a temperatura inferior à da
ortoclase e sob condições para as quais Al e Si são
completamente segregados. Isto significa que, o Al tem 100%
de probabilidade de ocupar uma determinada posição das 4
existentes nos 4 tetraedros vizinhos.
• As diferenças na distribuição do Al na estrutura cristalina dos
feldspatos-K estão ilustradas, onde o AI3+ pode ocorrer em
todas as posições sublinhadas dos tetraedros.

42. • A transformação microclina - ortoclase - sanidina é basicamente um
processo lento de difusão iónica. A velocidade de difusão torna-se
particularmente lenta durante o arrefecimento.
• A triclinicidade (M da microclina diminui por aquecimento a 1050ºC
durante 48 horas, quando tem lugar a homogeneização de posições Al-Si
nos feldspatos-K e a transição para a ortoclase monoclínica (Fig.)
• O feldspato-Na que ocorre nas rochas pode pertencer às variantes albite
de baixa temperatura e albite de alta temperatura ou a fases intermédias.
Ambas as variantes têm simetria triclínica. A albite de alta temperatura se
aquecida a cerca de 1000ºC transforma-se em monoclínica, estado
denominado monoalbite, estável entre 1000-1118ºC.

43. • Soluções sólidas de NaAlSi3O8-KAISi3O8 proporcionando cristais estáveis
só existem para temperaturas elevadas já que abaixo de cerca de 700ºC
e sob condições de equilíbrio tem lugar a exsolução das duas moléculas
e os intercrescimentos formados denominam-se pertites.
• Os feldspatos alcalinos das rochas pegmatíticas, cristalizados em zonas
profundas da litosfera onde o arrefecimento é relativamente lento,
revelam pertites frequentemente.
• Se num feldspato alcalino K+ é substituído peio Na+, mais pequeno, para
além de certo quantitativo, desenvolvem-se certas tensões internas e a
rede estrutural monoclínica transforma-se em triclínica.

44. 2.2. Comportamento térmico e propriedades físicas
dos feldspatos alcalinos
• A densidade dos feldspatos alcalinos varia entre 2,54 - 2,60 g/cm3 e a
dureza (escala de Mohs) varia entre 6-7.
• A Fig. mostra a variação da densidade na série Ab-Or à temperatura
ambiente. O colapso dos oxigénios à volta da Na é maior que à volta
do K porque o Na é bastante mais pequeno que o K e isso explica a
maior densidade do feldspato rico em Na, não obstante o K ter maior
peso atómico. Só para composições com mais de 80% de molécula Or
é que o efeito do K se faz sentir na densidade.

45. • O teor elevado em alcalis dos feldspatos é a causa da fusão fácil e consequente
reactividade dos feldspatos com os outros componentes dos corpos cerâmicos,
quando cozidos. O feldspato-K funde acima de 1150ºC enquanto que o feldspato-
Na funde a temperatura inferior a 118ºC. A viscosidade da fusão do feldspato-K é
maior do que a do feldspato-Na. Esta diferença explica a razão porque o
feldspaío-K é usado principalmente em corpos cerâmicos enquanto que o
feldspato-Na é usado principalmente em vidros.
• A cor natural dos feldspatos alcalinos pode ser branca, amarela, vermelha, verde
ou azul enquanto que a cor das respectivas fusões ou vidros é branca ou
cinzenta clara.
• A conveniência de certo feldspato alcalino para vidrados ou para composições
cerâmicas é avaliada com o microscópio de calefacção o qual permite determinar
exactamente os intervalos de temperatura em que se verifica a contracção, a
vitrificação, o amolecimento, a fusão e a fluidez da íusão durante a queima entre
110-1700ºC.

46. 2.3. Composição química dos
feldspatos alcalinosComposições químicas de feldspatos alcalinos utilizados na indústria cerâmica.

47. • Tais composições são caracterizadas por
altos teores em K20+Na20 e teores baixos em
ferro total sob a forma de Fe2O3, em TiO2, em
MgO e em CaO.

48. As temperaturas iniciais e intervalos de vitrificação e fusão sobem principalmente
com o decréscimo do total em (K, Na)2O e o aumento de K2O/Na2O.

49. 2.4. Utilização dos feldspatos alcalinos na indústria cerâmica
• Os feldspatos alcalinos são muito usados nas indústrias de cerâmica e do
vidro, moídos a menos de 0,90 mm ou 0,75 mm.
• Como já foi dito, as plagioclases ricas em Ca não são usadas
normalmente em cerâmica porque fundem a temperaturas mais altas e
estão muitas vezes contaminadas com minerais que contêm Fe e Ti.
Contudo, podem ser utilizadas em certos cerâmicos especiais.
• A utilização dos feldspatos na indústria cerâmica deve-se principalmente
à sua acção fundente ou de fluxo como acontece no fabrico de faiança
(onde participa 5-20% de feldspato), porcelana dura (cerca de 25%),
porcelana mole, porcelana sanitária e porcelana vítrea (20-40%) e em
vidros cerâmicos e esmaltes.

50. • Um fluxo cerâmico é uma substância que adicionada
ao corpo cerâmico permite a formação duma fase
líquida a temperatura mais baixa que a habitual. Ao
arrefecer, a fase líquida, transforma-se em vidro que
liga o grão formador do corpo cerâmico de modo a
conferir-lhe a desejada resistência mecânica. Corpos
cerâmicos queimados a 1100-1200ºC a que foram
adicionados fluxos apresentam maior resistência
mecânica do que quando nos mesmos não foram
incorporados fluxos. Porém, o vidro formado não deve
ser excessivo porque pode causar deformação com
distorção do corpo cerâmico. Matérias primas ricas em
Na, K, Li, Mg ou Ca são os fluxos mais eficientes.

51. • O feldspato moído actua nas massas cerâmicas em verde, secas ou pouco
cozidas, como um componente estrutural ou carga, semelhante ao efeito do
quartzo moído. O feldspato diminui a densidade do corpo cerâmico quando este é
queimado abaixo de 1100ºC (por aumentar a sua porosidade) mas, acima de
1100ºC o feldspato funde e contribui para aumentar a densidade do corpo
cerâmico. Além disso, o feldspato causa contracção considerável do corpo
cerâmico no intervalo 1140-1350ºC devido a fusão e vitrificação.
• O feldspato-K reduz a contracção térmica enquanto que o feldspato-Na reduz a
expansão térmica.
• A fusão do feldspato é caracterizada pela sua alta viscosidade relativa, a qual
evita a deformação mesmo na porcelana dura, queimada no intervalo 1410-
1435ºC.
• O feldspato-K origina vidro de maior viscosidade, maior resistência mecânica e
maior transparência em comparação com o feldspato-Na.

52. • A distribuição dimensional do grão do feldspato moído tem influência
substancial na fusão e transparência. Quanto mais finamente moído for o
feldspato, mais baixa será a temperatura de vitrificação. Num
determinado intervalo dimensional do grão, verifica-se que a
transparência da porcelana dura aumenta com o aumento da dimensão
do grão do feldspato e do quartzo.
• Nos corpos porcelânicos a fusão do feldspato dissolve em primeiro lugar
parte do quartzo e depois parte do metacaulino. O aumento constante do
preço do combustível tem conduzido, sempre que possível, ao uso cada
vez maior de feldspato-Na e rochas ricas em albite, porque tal permite a
antecipação da fusão e vitrificação.

53. • Feldspatos alcalinos da maior pureza mineral e
química são utilizados em vidrados para
porcelanas, contribuindo substancialmente para
o aumento do brilho, transparência e pureza dos
vidrados.
• Também, alumina introduzida com o feldspato
em certos vidrados e vidros influi favoravelmente
na sua dureza e elasticidade e também na sua
resistência mecânica, térmica e química.
•

54. 2.5. Feldspatos de pegmatitos
• Os pegmatitos, associados geneticamente a intrusões granitóides, são
rochas ígneas que ocorrem em corpos com forma de dique, lenticula ou
bolsada, zonados ou não, cujos comprimento e espessura podem variar
desde poucos centímetros até dezenas de metros ou mais raramente até
centenas de metros, onde os feldspatos são bastante puros
quimicamente e de tamanho relativamente elevado (centímetros ou
decímetros) pelo que podem ser extraídos economicamente (muitas
vezes escolhidos à mão) para fins industriais.
• O feldspato apresenta, por vezes, intercrescimentos com quartzo. Muitos
outros minerais com interesse industrial ocorrem associados ao feldspato
e ao quartzo tais como: muscovite, biotite, lepídolite, berilo, apatite,
espodumena, tantatite-columbite, monazite, turmalina, topázio,
cassiterite, molibdenite, etc.

55. • Os pegmatitos podem ser classificados por um lado
de acordo com associações características de certos
elementos metálicos: pegmatito com lítio, pegmatito
com berílio, pegmatiío com terras raras, etc. e, por
outro lado, de acordo com os feldspatos presentes:
pegmatito com ortoclase, pegmatito com microclina
(geralmente microclina períítica), pegmatiío com
albite-microclina, pegmatito com albite-oligociase-
microclina, etc.
• Quanto mais ácido for o carácíer do pegmatito, isto é,
quanto mais elevadas forem as relações K/Na e
Na/Ca mais favorável é a sua composição do ponto de
vista do interesse cerâmico.

56. • Em 1985 a produção de feldspato de pegmatito em Portugal rondou as 30.000
toneladas, a que correspondeu um valor de cerca de 90.000 contos, cerca de
50% das quais se destinaram ao mercado externo. A produção proveio da
laboração de 10 minas, sendo as principais Seixigal (cerca de Chaves), Seixal,
Senhora da Assunção-Várzea e Vatdeireiras (cerca de Viseu).
• 2.6. Feldspatos de aplitos e outros granitos leucocráticos
• .. Aplitos e outros granitos Seucocráticos apresentam grão fino a médio e têm cor
branca ou quase branca. Os aplitos apresentam geralmente a forma de dique e
são compostos essencialmente por feldspato-K, quartzo e pequenas quantidades
de micas brancas.
• O granito alterado, com feldspato não completamente alterado, de St. Austell
(Cornualha, Inglaterra) e denominado "Cornish stone", também tem sido utilizado
extensivamente em Inglaterra, como fluxo substituto de feldspato. A composição
química da "Cornish stone" varia entre os valores