Moagem

A Figura 2.7 apresenta os principais mecanismos de moagem através dos quais se desenvolve a cominuição dos materiais cerâmicos, onde são representadas, de modo ilustrativo, as moagens por compressão, impacto, desagregação, choque recíproco, cisalhamento e corte [53].

Figura 2.7 Mecanismos de moagem utilizados para materiais cerâmicos [53].

A energia mecânica empregada durante a moagem através dos mecanismos descritos é utilizada para gerar novas superfícies nas partículas constituintes, promovendo o aumento da área superficial específica. Este incremento de área superficial será fundamental para acelerar as reações que ocorrem durante a queima, as quais dependem dos pontos de contato entre as

partículas. Considerando ainda que as massas cerâmicas utilizadas para a fabricação de revestimentos cerâmicos são constituídas por diversos minerais (argilominerais, quartzo, carbonatos, etc.), a operação de moagem é responsável também pelo aumento da intimidade de mistura dos componentes, a qual também exerce influência sobre a reatividade durante a queima.

A literatura ainda apresenta trabalhos que relacionam a granulometria das impurezas que acompanham as matérias-primas com o surgimento de defeitos superficiais, tais como furos no esmalte, manchas escuras, etc. Os minerais que apresentam decomposições gasosas em temperaturas elevadas – superiores às temperaturas de amolecimento dos esmaltes – são geralmente responsáveis pela deterioração da superfície dos esmaltes, como é o caso das partículas de calcário [54] presentes em granulometrias grosseiras nas massas cerâmicas. Como as reações sempre ocorrem a partir da superfície e o calor leva tempo para ser conduzido ao interior das partículas, as liberações gasosas são retardadas durante a queima, quando os esmaltes já se encontram em temperaturas superiores ao ponto de amolecimento.

O método mais tradicionalmente utilizado para a moagem de massas cerâmicas é a moagem a úmido em moinhos de bolas. Neste tipo de moagem, as matérias-primas são moídas na forma de suspensões aquosas com concentrações de sólidos compreendidas entre 60 e 70% em peso. A moagem ocorre fundamentalmente através dos mecanismos de impacto e cisalhamento até que as distribuições de tamanhos de partículas almejadas para cada tipologia de produto sejam alcançadas.

A literatura apresenta estudos que relacionam as condições de operação dos moinhos de bolas com a eficiência de moagem [55]. Como pode ser verificado através da Figura 2.8, é necessário que a velocidade de rotação do moinho seja ajustada para promover o equilíbrio entre a aceleração centrífuga dos elementos moedores e a força gravitacional.

Caso a velocidade de rotação seja muito baixa, a moagem ocorre apenas por cisalhamento e deixa de ocorrer simultaneamente por impacto. O uso de velocidades de rotação muito elevadas, fazem com que a aceleração centrífuga seja muito maior que a força gravitacional e impede a movimentação em

cascata das esferas. Segundo Ribeiro [55], a movimentação em cascata, onde os corpos moedores perfazem ângulos 45o e 60o com o plano horizontal, ocorre quando a aceleração centrífuga equivale a 60% da força gravitacional. Este tipo de movimentação, controlado pela velocidade de rotação dos moinhos, favorece os mecanismos de moagem por impacto e cisalhamento. A moagem por impacto é importante para romper as partículas mais grosseiras dos minerais presentes na massa, ao passo que o cisalhamento é fundamental para reduzir a granulometria nos estágios finais da moagem. A operação dos moinhos nas condições acima descritas favorece a redução dos tempos de moagem e aumenta a eficiência energética do processo de preparação de massas.

Figura 2.8 Representação ilustrativa da moagem em moinhos de bolas em função da velocidade de rotação do moinho [55].

O desempenho da moagem por via úmida em moinhos de bolas está ainda condicionado à natureza e a quantidade dos corpos moedores utilizados, que devem ser convenientemente definidos em função das características da massa a ser moída, tais como a dureza e a granulometria de entrada das matérias-primas, a viscosidade da suspensão formada e a redução de tamanhos de partículas almejada para a massa final [55].

Nos últimos anos, a produtividade e a eficiência energética da moagem a úmido em moinhos de bolas apresentaram evoluções expressivas com o advento dos moinhos contínuos [56-57].

A moagem a seco utilizada para a fabricação de revestimentos cerâmicos no Brasil faz uso de moinhos de martelos e moinhos pendulares para a redução de tamanhos das partículas constituintes das massas. Os mecanismos predominantes de moagem são compressão, impacto e desagregação [58]. Para o bom rendimento dos moinhos, é fundamental que as matérias-primas apresentem baixo conteúdo de umidade (geralmente inferiores a 4,0%). O moinho de martelos é classificado como um moinho primário, por realizar a moagem das matérias-primas a partir de granulometrias mais grosseiras. Em contrapartida, o moinho pendular é utilizado como um moinho secundário, que necessita de matérias-primas com granulometrias de entrada relativamente finas para apresentar bom desempenho [58]. Em alguns casos, pode-se trabalhar sem moinhos de martelos, que são substituídos por britadores, que exercem a função de moinhos primários previamente à moagem em moinhos pendulares. A Figura 2.9 apresenta imagens internas de um moinho de martelos e de um moinho pendular, utilizados industrialmente para a preparação de massas de revestimentos cerâmicos por via seca.

A seleção das matérias-primas que compõem a massa cerâmica atualmente depende, dentre outros fatores, do processo de fabricação utilizado. No caso dos revestimentos fabricados por via úmida, a massa é constituída por uma mistura de diversas matérias-primas (argilas, caulins, quartzo, feldspato, filito, calcita, etc.), ao passo que no processo via seca geralmente a composição da massa permanece restrita a utilização exclusiva de argilas. Esta diferenciação se deve a diversos fatores. Por um lado, o processo a úmido

permite maior homogeneização das matérias-primas e consegue reduzir consideravelmente a granulometria das mesmas durante a moagem, viabilizando o uso de diversos minerais. Por outro lado, as indústrias brasileiras de revestimentos cerâmicos que utilizam o processo de via seca se desenvolveram fazendo uso de massas constituídas apenas por argilas. Em geral, tais argilas são misturas naturais de diversos minerais, o que lhes asseguram uma excelente combinação de propriedades [4]. A menor homogeneização do processo a seco também restringe o número e a diversidade de componentes na composição.

Figura 2.9 Imagens internas de moinhos industriais utilizados para a preparação de massas por via seca. a) Moinho de martelos; b) Moinho

pendular.