Tipos de equipamento

A moagem de materiais é muito utilizada na indústria para processar minerais, pós cerâmicos, etc. Entre os objetivos básicos da moagem se incluem a redução do tamanho, mistura e modificação morfológica de partículas. O equipamento típico para esta operação é o moinho de bolas horizontal, amplamente empregados na indústria cerâmica, que consiste em um vaso cilíndrico horizontal que gira sobre seu eixo principal, com bolas em seu interior, conforme ilustra a Figura III.1. Com a rotação do vaso, se impõe um movimento às bolas, e quando estas caem e se chocam, aplicam uma determinada quantidade de energia ao material em pó. Os materiais empregados nos moinhos como bolas geralmente são cerâmicos (Al2O3, SiO2, ZrB2), aços inoxidáveis Cr-Ni, ou ainda carboneto de tungstênio (LU, L. e LAI, M., 1998).

Os moinhos de bolas podem ser classificados como moinhos de baixa energia e moinhos de alta energia. O emprego do termo “alta energia” se utiliza não somente para diferenciar estes moinhos dos moinhos convencionalmente utilizados para a simples mistura ou diminuição do tamanho de partículas, mas também para estabelecer a idéia de que somente se alcança os objetivos deste processo dentro de um intervalo de tempo razoável com a introdução de alta energia durante a moagem. Esta energia depende de vários fatores, como o tipo de moinho e seu mecanismo específico de moagem, o tamanho, a distribuição de tamanhos, a densidade e a velocidade das bolas.

Como a energia cinética das bolas é proporcional à sua massa, bolas feitas com materiais mais densos como aço inoxidável são preferíveis às bolas feitas de materiais cerâmicos. Deve-se buscar uma quantidade de bolas ideal levando-se em consideração as características geométricas

do moinho. Uma excessiva quantidade de bolas em um moin ho diminui a quantidade de energia na moagem, pois diminui o caminho médio percorrido por uma bola antes de um impacto, diminuindo assim sua energia cinética e consequentemente a energia no impacto, enquanto uma baixa quantidade de bolas também diminui a q uantidade de energia, pois diminui a freqüência de choques.

O moinho de bolas horizontal pode ser utilizado como um moinho de alta energia. Para tanto a velocidade de rotação deve ser ajustada abaixo da velocidade crítica que mantém as bolas junto à parede do moinho, fazendo com que as bolas caiam quando atingem a máxima altura dentro do moinho. Deve-se preferencialmente utilizar bolas de material com a maior densidade possível, como por exemplo aço inoxidável, e ainda deve-se trabalhar com vasos de diâme tro interno de pelo menos 1 metro, para que as bolas adquiram suficiente energia na queda. Devido a esta limitação, o moinho de bolas horizontal não é o mais adequado para trabalhos em laboratório. Assim, a energia aplicada ao material durante a moagem em um moinho de bolas horizontal é função da quantidade de movimento das bolas ao se chocarem (função da altura de queda e da massa da bola), da freqüência de choques por unidade de tempo (função do número de bolas), e da relação carga/bolas.

Um moinho de bolas pode incorporar dispositivo magnético para elevar, por atração magnética, a posição das bolas dentro do moinho, antes que estas caiam, o que confere maior quantidade de energia de impacto. Dependendo ainda da posição dos imãs, pode-se controlar também o modo de energia atuante, ou seja, por impacto ou por fricção. A colocação dos imãs em posições mais baixas faz com que as bolas se mantenham na parte inferior do moinho, prevalecendo o modo de fricção, enquanto a colocação dos imãs em partes superiores, faz com que as bolas sigam junto à parede e caiam de uma posição mais alta, prevalecendo o modo de impacto.

Os moinhos de alta energia mais utilizados são do tipo planetário e do tipo atritor. Estes tipos de moinhos permitem o trabalho com pequenas quantidades de pó, o que torna interessante seu emprego em escala laboratorial.

O moinho tipo planetário consiste em um vaso que gira sobre seu eixo, posicionado sobre um suporte que gira na direção oposta ao vaso. Estes movimentos fazem com que as bolas em seu interior se choquem contra a parede do vaso com altas velocidade e freqüência, fornecendo energia suficiente para o processo de moagem de alta energia. Neste tipo de moinho, a energia aplicada ao material durante a moagem é função principalmente das veloc idades de rotação do suporte e do vaso. A Figura III.5 mostra um esquema deste tipo de moinho.

Figura III.5: Esquema de um moinho de bolas tipo planetário (Lu e Lau, 1998).

Em moinhos tipo atritor as bolas são impulsionadas por pás giratórias. Assim, o choque entre a pá propulsora e as bolas e o movimento relativo das bolas confere uma grande quantidade de energia ao pó. Neste tipo de moinho, torna -se necessário um balanço entre a necessidade de aumentar o tamanho das bolas para aumentar a energia no impacto e de diminuir o tamanho das bolas, para aumentar a freqüência de contato entre elas e aumentar a energia da moagem. Os moinhos tipo atritor podem ser verticais, como mostra a Figura III.6, ou horizontais, como mostra a Figura III.7, exemplo de um moinho desenvolvido pela empresa Zoz mbH, Alemanha (ZOZ, H., 1995), o qual permite o controle da atmosfera e pode ainda aceitar sistemas de aquecimento ou refrigeração do meio de moagem.

Outro tipo de moinho de alta energia empregado geralmente para pequenas quantidades de pó é o moinho tipo vibratório, também conhecido como SPEX. Consiste de um vaso contendo o pó e as bolas, o qual é agitado nas três direções mutuamente perpendiculares e com alta velocidade.

Figura III.6: Esquema de um moinho de bolas tip o atritor vertical (BOSE, 1995).

Figura III.7: Esquema de um moinho de bolas tipo atritor horizontal (ZOZ, H., 1995).