Estudo de casos de granulados para prensagem

Abstract

A prensagem é um processo de conformação amplamente usado na indústria cerâmica. O pó a ser utilizado deve apresentar um bom escoamento para permitir preencher corretamente o molde e deve poder ser prensado com densidades em verde elevadas e boa resistência mecânica. Estas características são conseguidas com a granulação dos pós, normalmente pelo processo de atomização. Apesar do controlo apertado a que está sujeita a produção destes granulados, é difícil encontrar-se o critério, ou critérios, mais adequado que garanta a expedição de um lote de granulado produzido. Nas circunstâncias atuais, optou-se pelo estudo de quatro casos de bom desempenho de granulados produzidos na empresa Mota Ceramic Solutions, S.A., dois granulados para porcelana e dois para grés, com o intuito de se estabelecer um critério de adequação à prensagem de um granulado. Os ensaios tiveram como objetivo determinar as características de fluidez e de empacotamento dos granulados. Realizaram-se ensaios para determinar a humidade, a densidade tapping, a densidade aparente e a distribuição granulométrica (bateria de peneiros, difração laser e análise de microfotografias) dos granulados, além das características reológicas como o cone de espalhamento, o escoamento em taça Ford e a morfologia dos grânulos (microscopia ótica). Os granulados foram separados em frações granulométricas, inferiores a 200 µm, entre 200 e 500 µm e superiores a 500 µm, de modo a poder perceber-se qual a distribuição granulométrica mais influente nos parâmetros estudados. Prensaram-se os granulados na forma de provetes e realizaram-se ensaios para determinar a expansão após prensagem, a retração verde-seco e a resistência mecânica (em verde e em seco). Os resultados obtidos permitiram verificar que os ensaios realizados foram, regra geral, inconclusivos para a determinação de características relevantes a serem consideradas como critérios de admissibilidade de um granulado bom. O estudo das frações permitiu, no entanto, contrariar os modelos de escoamento de Funk e Dinger. Neste trabalho, a fluidez do granulado diminui quando o tamanho médio da distribuição granulométrica aumenta. A distribuição granulométrica dos granulados revelou-se o critério mais relevante de adequação dos granulados à prensagem. As distribuições dos quatro casos estudados são largas, com elevada heterogeneidade de tamanhos de localização. Isto significa que se torna mais importante para que um granulado seja considerado bom para a prensagem que tenha uma distribuição larga de tamanhos do que o valor da mediana, que é o parâmetro normalmente utilizado na indústria.

Pressing is a forming process widely used in the ceramic industry. The powder to be used must have a good flow to allow the correct filling of the mould and must be able to be pressed with high raw densities and good mechanical strength. These characteristics are achieved with the granulation of the powders, usually through the spray-drying process. Despite the tight control in the production of these granules, it is difficult to find the more appropriate criterion, or criteria, to guarantee the suitability of a produced batch of granules. The aim of this work was to establish such criterion or criteria of adequacy of a granulate to the pressing. With this purpose four granulates (two for porcelain and two for stoneware) with good performance in pressing, and produced by the company Mota Ceramic Solutions, S.A., were studied. The performed tests aimed to determine the flow and packaging characteristics of the granules. Tests were carried out to determine the moisture, tapping density, raw density and granulometric distribution (sieves column, laser diffraction and microphotographs analysis) of the granules, in addition to the rheological characteristics such as the spreading cone, the flow in a Ford cup and the granule morphology (optical microscopy). The granulates were separated into granulometric fractions, thinner than 200 µm, between 200 and 500 µm and thicker than 500 µm, in order to be able to understand which granulometric distribution was the most influential in the studied parameters. The granules were pressed, and tests were carried out to determine the expansion after pressing, the green/dry shrinkage and the mechanical strength of both green and dry samples. The results allowed to verify that the tests carried out were, as a general rule, inconclusive for the determination of the relevant characteristics of a granulate as an acceptability criterion of its good performance. However, the study of different granulometric fractions allowed to verify that the flowability of the granules decreases when the average size of the granulometric distribution increases, which is contradicting the Funk and Dinger flow models. In this study, the granulometric distribution proved to be the most relevant criterion to be considered in the assessment of the suitability of the granules for pressing. The size distributions of the four cases studied are wide, with high heterogeneity in sizes. This means that for a granulate to be considered good for pressing it becomes more important to exhibit a wide distribution of sizes than to consider the median value, which is the parameter normally used in the industry.