Estudo da micronização de pó cerâmico atomizado

Abstract

A transição de processos de bi-cozedura para produtos cozidos uma só vez e em ciclos mais curtos obrigou a indústria cerâmica a desenvolver novas pastas, adaptadas a velocidades de cozedura muito superiores, permitindo reduções de custos energéticos associados ao processo de cozedura, especialmente nos sectores do revestimento e pavimento cerâmico. Existem muitos factores que influenciam a densificação dos materiais cerâmicos durante a cozedura. Um deles é a distribuição granulométrica das partículas que constituem o pó cerâmico. Normalmente, a taxa de densificação aumenta com a redução do tamanho das partículas que constituem o pó cerâmico, resultando numa melhoria das propriedades mecânicas dos produtos cozidos. A presente proposta surge da oportunidade de desenvolver, em contexto industrial, um estudo relacionado com a micronização de pó cerâmico atomizado, tentando perspectivar novas aplicações ou aferir os ganhos processuais e tecnológicos associados ao uso destes pós em aplicações comuns, nomeadamente, o incremento da sinterabilidade do material. No presente relatório, começa-se por descrever o processo produtivo, afecto à actividade da empresa UNIPASTA – Pastas Cerâmicas S.A., a partir do qual surgem os recursos cujas propriedades se pretendem melhorar. O trabalho foi iniciado com a revisão de conceitos relativos a matériasprimas usadas na elaboração de pastas cerâmicas, à moagem e à sinterização de materiais. Posteriormente, deu-se início à caracterização experimental, não só dos materiais usados na receita, como também do próprio pó cerâmico resultante do processo de atomização industrial na UNIPASTA. Desta forma ficaram caracterizadas as condições de partida (referência), que permitiram, numa fase posterior, avaliar a melhoria das propriedades cerâmicas dos produtos cozidos, conseguidas através do processo de moagem, através da sua análise em termos físico-químicos. Como é sabido, dos resultados da caracterização dos pós compactados, após tratamento térmico, existe uma tendência para o aumento da sinterabilidade com a extensão da operação de moagem. No entanto, no decurso do trabalho experimental, descobriu-se que apesar da moagem a seco originar a redução das partículas, esta redução não é significativa com o tempo de moagem e não acarreta melhoria nas propriedades dos corpos prensados e cozidos. Desta forma, procedeu-se igualmente à redução das partículas via moagem a húmido, tendo os pós compactados, obtidos por este método nitidamente mais eficaz, apresentado as características de sinterabilidade necessárias para serem testados em ciclos de cozedura inferiores aos de referência (51 minutos). Por último, procedeu-se à avaliação económica da micronização de pastas cerâmicas, comparando a diminuição do consumo energético nos fornos, resultante da redução do ciclo de cozedura, com o aumento do consumo energético na operação de moagem, e discutese os pontos fortes e fracos de algumas tecnologias emergentes.

Replacement of double-fired methods to obtain single-fired ceramic products in shorter cycles has forced the ceramic industry to develop new ceramic pastes adapted to a much higher sintering speed, allowing reductions in energy costs associated with the firing process, especially in the wall and floor ceramic tiles sector. There are many factors which influence densification of ceramic products during sintering; one of them is the particle size distribution of the raw ceramic powder. Usually, the densification rate is increased with smaller particle size, improving the mechanical properties of the final product. This proposal arises from the opportunity to develop, in an industrial context, a study related with micronization of atomized ceramic powder, trying to envision new applications or assess the procedural and technological gains associated with the use of these powders in common applications, including increasing the sinterability of the material. This report begins by describing the production process engaged in the company UNIPASTA – Pastas Cerâmicas S.A., from which arise the resources whose properties are intended to be improved. This work began with a review of concepts related to raw materials used in the preparation of ceramic pastes, and to grinding and sintering of materials. Later, it proceeded to the experimental characterization of not only the materials used in the recipe but also of the ceramic powder resulting from the spray drying process of the company UNIPASTA. This way the starting (reference) conditions were characterized, which in turn allowed us to at a later stage evaluate, through physical chemical analysis, the improvement accomplished by the milling process in the sintered products’ ceramic properties. As it is known, based on results of the characterization of compacted powders after heat treatment, there is a tendency for increased sinterability with the extension of the grinding process. However, during the experimental work it was found that although the dry grinding operation leads to reduction of particle size, this reduction is not significant as operation time progresses and does not lead to improvement in the properties of pressed and fired ceramic bodies. Thus, reduction of particle size via wet grinding was followed and compressed powders obtained by this far more effective method presented the characteristics of sinterability required to be tested in baking cycles shorter than the reference one (51 minuts). Finally, an economic feasibility study on the micronization of ceramic pastes was carried out, by comparing the reduction of energy consumption in the kiln, resulting from the reduction of the baking cycle, to the increase of energy consumption in the grinding operation, and strengths and weaknesses of some emerging technologies discussed.