Por que suas esferas de zircônia ficam quebrando e entupindo a tela nos moinhos de moagem fina

Passei doze anos em usinas de processamento úmido na região de Xangai — fábricas de pigmentos em Songjiang, oficinas de cerâmica eletrônica e algumas linhas de produção de materiais para baterias nos parques industriais periféricos. A reclamação mais comum em relação às esferas de zircônia não é que elas se desgastem rápido demais. É que as esferas se quebram, a tela de descarga fica entupida e o moinho desliga ou o produto fica com fragmentos grossos. Em nove entre dez casos, o lote consiste em esferas de moagem de zircônia estabilizada com ítria com grande variação de tamanho ou diâmetro inadequado para a velocidade de 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. Em um moinho de esferas devidamente carregado, elas 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 diâmetro de 0,8–1,2 mm, costumam ficar bem abaixo de 0,01% por hora em testes padrão com polpa, e a contaminação por ferro ou alumina permanece baixa. O problema surge quando a distribuição granulométrica é ampla ou as esferas são grandes demais para o moinho. Esferas maiores transportam mais energia cinética. Se a viscosidade da pasta for alta ou o enchimento estiver incorreto, elas batem na tela ou umas nas outras com força suficiente para lascar. Uma vez que as lascas se formam, elas agem como abrasivos adicionais, o desgaste se acelera e o separador fica entupido. Já abri moinhos em que metade da carga ainda estava redonda e a outra metade consistia em pedaços fraturados que nunca deveriam estar ali.

No ano passado, realizei um teste em uma fábrica de pigmentos em Songjiang. Eles estavam moendo uma pasta de pigmento orgânico com alto teor de sólidos — aproximadamente 55–60% de sólidos —, com a meta de atingir um D90 inferior a 5 µm em um moinho de esferas horizontal com esferas de 0,8 mm de diâmetro nominal. Os meios de moagem de zircônia que vinham sendo utilizados estavam rotulados como Y-TZP de 0,6–1,0 mm, mas, quando peneiramos uma amostra, a distribuição real variou de cerca de 0,4 mm a 1,4 mm, com uma parcela perceptível de esferas de zircônia maiores. Após 40 horas, a pressão diferencial da peneira aumentou e encontramos esferas quebradas e lascas na descarga. O desgaste medido nas esferas inteiras remanescentes ainda era baixo — cerca de 0,008% em peso —, mas a taxa de quebra tornou o moinho inutilizável. Testes de esmagamento em laboratório com as esferas maiores daquele lote mostraram que elas falharam sob cargas menores do que um grau de referência mais restrito de 0,8 mm que tínhamos à disposição.

Mudamos 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 conforme a recomendação do fabricante do moinho, e monitoramos a viscosidade para que as esferas de zircônia permanecessem suspensas sem se aglomerarem. Após mais 40 horas, a peneira permaneceu limpa, sem fragmentos mensuráveis no produto, e o desgaste das esferas foi de 0,006–0,0071 TP3T. A produtividade aumentou, pois pudemos operar por mais tempo entre as limpezas. As verificações de contaminação (ICP na pasta) permaneceram na faixa baixa de ppm para o zircônio, o que era aceitável para aquele pigmento. A fábrica manteve a especificação de tamanho mais restrita a partir de então.

A densidade e a resistência de boas esferas de moagem de zircônia estabilizada com ítria são vantagens reais para a moagem fina. Elas permitem utilizar meios de moagem menores e ainda assim transmitir energia às partículas, e a taxa de desgaste permanece baixa, de modo que não é necessário adicionar constantemente pó de metal ou cerâmica. Mas essas vantagens desaparecem se as esferas se quebrarem. Uma ampla distribuição granulométrica ou esferas grandes demais para a velocidade da ponta transformam a carga em uma fonte de lascas, em vez de uma ferramenta de moagem. A comparação entre o desgaste das esferas de zircônia e o da alumina parece excelente na ficha técnica; no moinho, porém, a comparação só se mantém quando a zircônia 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 zircônia à abertura do separador e à finura desejada; usar esferas maiores raramente ajuda e, muitas vezes, aumenta a quebra. Mantenha os sólidos e a viscosidade dentro da faixa para a qual o moinho foi projetado, para que as esferas não se aglomerem nem batam com força na tela. E se o seu meio de zircônia para moagem fina estiver entupindo a descarga ou apresentando fragmentos no produto, meça a distribuição granulométrica e procure por fraturas antes de culpar a pasta ou a velocidade do moinho. Na linha de pigmentos de Songjiang, a mudança para uma carga mais restrita de 0,8 mm interrompeu a quebra e permitiu que a baixa taxa de desgaste do Y-TZP se manifestasse efetivamente em operações mais longas. A maioria dos moinhos que vejo por aqui obtém o mesmo resultado quando deixa de tratar todas as esferas de zircônia como idênticas e passa a verificar qual tamanho realmente está na câmara.