Na indústria de borracha e plásticos, existe uma crença comum de que quanto mais fino for moído um pó inorgânico, melhor será seu efeito de reforço.
Como resultado, muitas empresas têm aumentado progressivamente suas metas de finura na compra de cargas minerais, como carbonato de cálcio pesado e talco. Esses requisitos passaram de 800 mesh para 2500 mesh ou até mesmo para granulometrias mais finas. No entanto, novos problemas frequentemente surgem durante a produção. Os produtos acabados tornam-se mais quebradiços. O limite máximo de carga diminui. O consumo de dispersante aumenta e os custos de energia do processamento sobem. As despesas aumentam, mas as melhorias gerais de desempenho ficam aquém das expectativas.
Esses problemas decorrem de múltiplos fatores, mas um elo crucial é frequentemente negligenciado. A moagem ultrafina a seco e a classificação fina não são tarefas simples de moer partículas mais finas e passá-las por uma peneira. Em vez disso, o processamento de cargas em pó é um processo de engenharia sistemático. Envolve a seleção de equipamentos, o ajuste de parâmetros, o controle da distribuição do tamanho das partículas e a utilização do estado da superfície.
1. Diferenças nos métodos de moagem: Mais do que apenas “Moagem mais fina“
Os equipamentos atualmente utilizados na indústria para a moagem ultrafina a seco de cargas minerais não metálicas incluem principalmente moinhos de bolas, moinhos verticais de agitação, moinhos de rolos anulares, moinhos de jato e moinhos de impacto mecânico. Cada tipo opera com diferentes mecanismos de moagem e é adequado para cenários distintos.
- Moinhos de bolas e moinhos verticais agitados Os moinhos dependem da compressão, cisalhamento e impacto de meios de moagem para reduzir o tamanho das partículas. Eles apresentam uma alta taxa de redução e podem processar com segurança partículas grossas até o nível micrométrico. No entanto, o desgaste dos meios de moagem pode introduzir impurezas residuais, e o consumo de energia por unidade é relativamente alto.
- Moinhos de rolos anulares Utilizam princípios de moagem por compressão de camadas de material. Seu consumo de energia é tipicamente de 20% a 30% menor do que o de moinhos de bolas, tornando-os adequados para minerais de dureza média, como calcita e dolomita. O formato das partículas depende muito da clivagem natural do mineral, mas a compressão de camadas de material ajuda a preservar ou realçar essas características naturais.
- Moinhos de jato Utilizam fluxo de ar de alta velocidade para impulsionar as partículas em colisões mútuas durante a moagem. Operam sem meios de moagem, o que resulta em alta pureza do produto. Isso as torna ideais para aplicações com requisitos rigorosos de brancura e baixa contaminação. No entanto, o consumo de energia por unidade é elevado, variando de 200 a 500 kWh por tonelada métrica.
A seleção de equipamentos não se resume a escolher a opção mais sofisticada. Em vez disso, é necessário compatibilizar o equipamento com o tipo de mineral, a finura desejada, os requisitos de pureza e os custos totais. Se uma aplicação não exige níveis de impurezas extremamente baixos, o uso de um moinho de jato para a produção de cargas em pó pode não ser economicamente viável.
2. Classificação finaA chave para a consistência do produto
Se a moagem determina o grau de fragmentação das partículas, a classificação determina quais partículas podem ser utilizadas como produto final.
As partículas produzidas durante a moagem apresentam naturalmente uma gama de tamanhos — incluindo partículas com o tamanho desejado, partículas grossas não moídas e partículas ultrafinas moídas em excesso. Sem uma classificação eficaz, não é possível garantir a estabilidade da distribuição do tamanho das partículas entre lotes.
Os classificadores turbo a ar são atualmente muito utilizados para a classificação de partículas finas a seco. Seu funcionamento baseia-se em uma turbina rotativa de alta velocidade que gera um campo de força centrífuga. Essa força, juntamente com o arrasto do fluxo de ar, separa as partículas grossas das finas: as partículas grossas são lançadas para fora e retornam ao moinho, enquanto as partículas finas são transportadas pelo fluxo de ar até o sistema de coleta, onde se tornam o produto final.
Dois pontos técnicos importantes merecem atenção aqui:
Controle D50:
O D50 afeta diretamente o limite máximo de tamanho do produto. Ele depende da velocidade da turbina e do volume de ar. Também depende da concentração e dispersão do material dentro da zona de classificação. Se a concentração da alimentação for muito alta, a interferência entre as partículas reduz a precisão da classificação. Isso causa vazamento de partículas grossas. Mesmo quando o classificador opera em altas velocidades, partículas grossas ainda podem aparecer no pó de enchimento final. A causa principal geralmente é a concentração inadequada da alimentação, e não os limites da máquina.
Recuperação de pó fino:
Na operação real, parte do pó fino é arrastada por partículas grossas ou adere às suas superfícies, retornando ao moinho junto com elas. Como resultado, as partículas finas são moídas repetidamente. Isso não só aumenta o consumo de energia, como também pode gerar um excesso de micropós em escala submicrométrica. Quando incorporados em borracha e plásticos, esses micropós são frequentemente os principais responsáveis pelo aumento da viscosidade da massa fundida e pela redução da fluidez do processo. Na prática, esse problema pode ser mitigado controlando-se a relação sólido/gás na zona de classificação, otimizando-se os ângulos das pás da turbina e introduzindo-se uma lavagem secundária com ar.
3. A distribuição do tamanho das partículas é mais valiosa do que uma única métrica de finura.
O mercado convencional usa o "tamanho da malha" para classificar a finura do material de enchimento. No entanto, para materiais de enchimento em pó ultrafinos, o que realmente afeta o desempenho da aplicação é a distribuição do tamanho das partículas.
Dois produtos de carbonato de cálcio pesado com valores D50 idênticos podem apresentar desempenhos bastante diferentes na mesma formulação. Um produto com distribuição granulométrica estreita pode proporcionar maior fluidez da massa fundida durante a mistura do polipropileno (PP). Por outro lado, um produto com distribuição granulométrica ampla contém partículas grosseiras que podem causar defeitos superficiais nos produtos acabados, bem como micropartículas com alta absorção de óleo que aumentam a viscosidade da massa fundida.
Portanto, para muitas aplicações, o objetivo real não é a "granulometria mais fina", mas sim a "distribuição racional". Esse objetivo é alcançado principalmente por meio de um circuito fechado de "moagem, classificação e remoagem". Dentro de um circuito fechado, o classificador atua como um controlador de qualidade: somente as partículas que atendem aos padrões podem sair do circuito, enquanto as partículas grossas retornam para moagem adicional. Essa abordagem evita, de forma eficaz, o vazamento de partículas grossas e a moagem excessiva de partículas finas, ambos problemas comuns em processos de circuito aberto.
4. Cronometragem da integração da moagem e Modificação de superfície
Outro detalhe importante do processo é o aproveitamento das novas superfícies criadas durante a retificação.
À medida que os minerais se fraturam e se clivam durante a moagem, expõem continuamente superfícies novas com alta energia superficial. Essas superfícies novas geralmente apresentam maior capacidade de adsorção de agentes modificadores do que superfícies envelhecidas e expostas. A adição de agentes de tratamento de superfície em um estágio apropriado durante a moagem ou classificação permite a modificação in situ nessas superfícies novas altamente ativas. Isso pode aumentar a eficiência da modificação ou reduzir a dosagem do agente, mantendo o mesmo nível de desempenho.
Para atingir esse objetivo, é necessário posicionar os dispositivos de dosagem adequados na saída do moinho, dentro do circuito de classificação ou a montante do sistema de coleta. Parâmetros como dosagem, estado de atomização e temperatura de mistura também devem ser cuidadosamente controlados. A otimização desses detalhes do processo geralmente resulta em melhores resultados práticos do que simplesmente trocar o modificador utilizado.
A moagem e a classificação são etapas fundamentais no processamento de cargas em pó. À medida que a demanda por produtos de borracha e plástico de alta qualidade aumenta, os profissionais do setor precisam compreender esses princípios básicos. Dominar os mecanismos de moagem, controlar a precisão da classificação, otimizar a distribuição granulométrica e o momento ideal para a modificação da superfície agregam valor real. Em vez de perguntar "quão fino podemos moer?", a chave é determinar "como moer de forma mais racional". Responder a essa pergunta exige equilibrar as características do mineral, a compatibilidade entre equipamento e processo e as necessidades da aplicação final.
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— Publicado por Emily Chen