Por que é que as suas esferas de zircónia se partem constantemente e entopem o crivo nos moinhos de moagem fina?

Passei doze anos em instalações de moagem húmida na região de Xangai — fábricas de pigmentos em Songjiang, oficinas de cerâmica eletrónica e algumas linhas de produção de materiais para baterias nos parques industriais periféricos. A queixa mais frequente em relação às esferas de zircónia não é que se desgastem demasiado depressa. É que as esferas se partem, o filtro de descarga entope e o moinho entra em modo de paragem de emergência ou o produto fica com fragmentos grosseiros. Em nove de cada dez casos, o lote consiste em esferas de moagem de zircónia estabilizada com ítria com uma grande variação de tamanho ou com o diâmetro errado para a velocidade da ponta e a viscosidade.

As esferas de Y-TZP são densas, com cerca de 6,0 g/cm³, e resistentes devido ao endurecimento por transformação. Num moinho de esferas devidamente carregado, estas transferem mais energia por colisão do que a alumina e perdem muito pouco material. As taxas de desgaste em laboratório com esferas de Y-TZP de boa qualidade, com 0,8–1,2 mm, situam-se frequentemente bem abaixo de 0,01% por hora em ensaios padrão com pasta, e a contaminação por ferro ou alumina mantém-se baixa. O problema surge quando a distribuição granulométrica é ampla ou as esferas são demasiado grandes para o moinho. As esferas maiores transportam mais energia cinética. Se a viscosidade da pasta for elevada ou o enchimento estiver desajustado, elas batem na tela ou umas nas outras com força suficiente para se lascarem. Assim que se formam lascas, estas atuam como abrasivos adicionais, o desgaste acelera e o separador fica obstruído. Já abri moinhos em que metade da carga ainda estava redonda e a outra metade era constituída por pedaços fraturados que nunca deveriam ter estado ali.

No ano passado, realizei um ensaio numa fábrica de pigmentos em Songjiang. Estavam a moer uma pasta de pigmento orgânico com elevado teor de sólidos, cerca de 55–60% de sólidos, com o objetivo de atingir um D90 inferior a 5 µm num moinho de esferas horizontal com meios de moagem de 0,8 mm de diâmetro nominal. Os meios de moagem de zircónia que vinham a utilizar estavam rotulados como Y-TZP de 0,6–1,0 mm, mas quando peneirámos uma amostra, a distribuição real variou entre cerca de 0,4 mm e 1,4 mm, com uma cauda notável de esferas de zircónia maiores. Após 40 horas, a pressão diferencial do filtro aumentou e encontrámos esferas partidas e lascas na descarga. O desgaste medido nas esferas inteiras que sobreviveram continuava a ser baixo — cerca de 0,008% em peso — mas a taxa de quebra tornou o moinho inutilizável. Os ensaios de esmagamento em laboratório realizados nas esferas maiores desse lote revelaram que estas falhavam sob cargas inferiores às de um grau de referência mais restrito de 0,8 mm que tínhamos disponível.

Mudámos para uma carga de Y-TZP com distribuição estreita de 0,8 mm, com a mesma densidade e a mesma composição química nominal. A taxa de enchimento foi mantida de acordo com a recomendação do fabricante do moinho e controlámos a viscosidade para que as esferas de zircónia permanecessem em suspensão sem se aglomerarem. Após mais 40 horas, a tela permaneceu limpa, sem fragmentos mensuráveis no produto, e o desgaste das esferas situou-se entre 0,006 e 0,0071 TP3T. O rendimento aumentou, uma vez que pudemos prolongar os intervalos entre as limpezas. As verificações de contaminação (ICP na pasta) mantiveram-se na faixa baixa de ppm para o zircónio, o que era aceitável para aquele pigmento. A fábrica manteve a especificação de granulometria mais rigorosa a partir daí.

A densidade e a resistência das boas esferas de moagem de zircónia estabilizada com ítria constituem verdadeiras vantagens para a moagem fina. Permitem utilizar meios de moagem mais pequenos e, mesmo assim, transmitir energia às partículas, mantendo a taxa de desgaste baixa, pelo que não é necessário adicionar constantemente pó metálico ou cerâmico. No entanto, essas vantagens desaparecem se as esferas se partirem. Uma distribuição granulométrica ampla ou esferas demasiado grandes para a velocidade periférica transformam a carga numa fonte de lascas, em vez de uma ferramenta de moagem. A comparação entre o desgaste das esferas de zircónia e o da alumina parece excelente numa ficha técnica; no moinho, a comparação só se mantém quando a zircónia permanece intacta.

Algumas coisas que verifico no local. Peneire uma amostra de cada novo lote — não confie apenas no rótulo do saco. Adapte o diâmetro das esferas de zircónia à abertura do separador e à finura pretendida; utilizar esferas maiores raramente ajuda e, muitas vezes, aumenta a quebra. Mantenha os sólidos e a viscosidade dentro dos limites para os quais o moinho foi concebido, para que as esferas não se aglomerem nem batam com força na tela. E se o seu meio de zircónia para moagem fina estiver a obstruir a descarga ou a apresentar fragmentos no produto, meça a distribuição granulométrica e procure fraturas antes de culpar a pasta ou a velocidade do moinho. Na linha de pigmentos de Songjiang, a mudança para uma carga estreita de 0,8 mm pôs fim à quebra e permitiu que a baixa taxa de desgaste do Y-TZP se manifestasse efetivamente em ciclos de produção mais longos. A maioria dos moinhos que vejo por estas bandas obtém o mesmo resultado assim que deixa de tratar todas as esferas de zircónia como idênticas e começa a verificar qual é realmente o tamanho presente na câmara.