Eficiência da moagem de pó cerâmico em moinho agitador de esferas
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Data
2017-11-16Orientador
Cruz, Robinson Carlos Dudley
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Neste trabalho, foi realizada a moagem a úmido de pó de sílica (quartzo) até o nível de nanopartículas. Foi estabelecida uma estratégia de trabalho na qual um máximo de eficiência é alcançado. A eficiência de moagem está relacionada com o menor tamanho de partícula obtido, com a menor energia consumida, em um menor tempo de moagem, com consequente menor custo. O método de trabalho adotado inicia com a escolha do equipamento mais adequado para as faixas de tamanho de partícula inicial e final. Dentre um universo de sistemas de moagem existentes, estabeleceu-se uma fronteira de moagem, onde dois tipos de moinho foram selecionados: o moinho de bolas e o moinho agitador de esferas. Foi determinada a energia específica para cada sistema de moagem utilizado, bem como o tempo de moagem. Foi demonstrado como o tamanho de partícula varia em função da energia específica consumida, bem como os principais parâmetros do processo que influenciam nessa relação. Os resultados obtidos (curvas de moagem) mostraram concordância com o modelo matemático de Kwade; Blecher; Schwedes, 1996. Fez-se então um estudo comparativo da energia específica e do tempo de moagem do moinho de bolas e do moinho agitador de esferas, sendo que o moinho agitador de esferas apresentou os melhores resultados. O tempo de moagem foi de 1 h e a energia específica consumida de 2.500 kJ/kg, contra 60 h e 200.000 kJ/kg no moinho de bolas, para um mesmo tamanho final de partícula de 600 nm. Foram identificadas as variáveis mais importantes, em moagem de alta energia, em moinhos agitadores de esferas. A fim de descrever o processo de moagem e otimizá-lo, foram utilizados os parâmetros fundamentais “energia de stress” (stress energy), e energia específica. Por meio de análise econômica, foram obtidos os custos energéticos mínimos para três diferentes velocidades de moagem (e diferentes potências): R$ 2,00/kg e R$ 6,00/kg, a 4000 rpm, para tamanho final de partícula requerido de 300 nm e 150 nm, respectivamente. Após 5,5 h de processo, foi identificado um tamanho de partícula com limite aparente de moagem de 133 nm. A busca da eficiência energética foi o principal foco desta pesquisa, diferentemente da maioria dos trabalhos anteriores, que focaram na busca da menor partícula. Com a manipulação do pH da suspensão aumentou-se a eficiência de moagem em ~18%, principalmente pelo aumento das forças repulsivas entre as partículas de quartzo e as esferas de zircônia. A dependência da área superficial específica das partículas foi investigada, em função da energia específica consumida, mostrando-se que o processo de moagem coloidal é linearmente proporcional a esta grandeza. Após 3 horas de moagem, foi atingida uma área superficial específica de 30 m2/g, o que corresponde a uma área específica até 3 vezes maior do que os valores disponíveis na literatura. O diâmetro esférico equivalente de 75 nm foi obtido para essa área superficial específica. Este diâmetro equivalente representa e caracteriza o conjunto de partículas que possuem esta área de superfície específica e serve como indicador da eficiência de moagem.