Investigação experimental do tamanho de partículas de zircônia em pó em diversos processos de moagem

Para estudar o efeito de diferentes equipamentos de moagem e parâmetros do processo de moagem na dispersão de agregados em pó, o pó de óxido de zircônia com d50=1,355μm foi escolhido como material de pesquisa. O estudo teve como objetivo examinar a influência do equipamento de moagem e dos parâmetros de processo na granulometria da lama de óxido de zircônia. Inicialmente, moinhos de bolas verticais, moinhos verticais de contas e moinhos de areia horizontais foram empregados como equipamentos de moagem. Esferas de zircônia de 2mm foram usadas como meio de moagem, e uma relação médio/material de 5:1 foi mantida durante 15 horas de moagem. O tamanho de partícula da lama de óxido de zircônia foi medido após a moagem. Os resultados revelaram que o moinho de areia horizontal proporcionou o melhor efeito de moagem, com um valor de d50 de 0,303μm para a lama de óxido de zircônia.

Posteriormente, o moinho de areia horizontal foi escolhido como equipamento de moagem, e esferas de zircônia de 2mm foram usadas como meio de moagem. Os fatores de estudo incluíram a relação médio/material, o teor de sólidos da lama, a velocidade linear e o tempo de moagem, cada um em três níveis. Um planejamento experimental ortogonal de quatro fatores e três níveis (relação médio/material de 4:1, 5:1 e 6:1; teor de sólidos de lama de 35%, 45% e 55%; velocidade linear de 5 m/s, 10 m/s e 15 m/s; e tempo de moagem de 20h, 25h e 30h) foi empregado para investigar o tamanho de partícula da lama de óxido de zircônia após a moagem. Os resultados indicaram que, ao utilizar o moinho de areia horizontal como equipamento de moagem com relação médio/material de 4:1, teor de sólidos de lama de 45%, velocidade linear de 10 m/s e tempo de moagem de 25h, obteve-se o melhor efeito de moagem, com valor de d50 de aproximadamente 0,3μm.

Os nanopós são amplamente utilizados em materiais cerâmicos de alto desempenho. No entanto, os nanopós geralmente sofrem de agregação severa, o que pode afetar seu desempenho. Para resolver problemas de agregação de pó, dois métodos principais são normalmente empregados. Uma abordagem envolve o controle da formação de agregados, como o uso de métodos hidrotermais, processos sol-gel ou adição de dispersantes e desidratação de solventes em sistemas de precipitação. No entanto, esse método pode ser complexo, aumentando os custos e o tempo de produção. A outra abordagem é moer e dispersar mecanicamente os agregados depois de formados. O equipamento de moagem comum usado na indústria inclui moinhos de areia horizontais, moinhos de contas verticais e moinhos de bolas.

Neste estudo, diferentes equipamentos de moagem e parâmetros do processo de moagem foram investigados quanto ao seu efeito na dispersão de agregados de pó usando pó de óxido de zircônia com d50=1,355μm. Inicialmente, diferentes equipamentos de moagem foram comparados sob as mesmas condições de moagem para determinar o equipamento ótimo. Posteriormente, o equipamento escolhido foi utilizado e um planejamento experimental ortogonal de quatro fatores e três níveis foi implementado para determinar os melhores parâmetros do processo de moagem.

Procedimento Experimental:

O óxido de zircônia foi preparado pelo método de coprecipitação. O d50 e o d90 do pó original de óxido de zircônia foram de 1,355μm e 9,440μm, respectivamente. Diferentes equipamentos de moagem (moinhos de bolas verticais, moinhos verticais de contas e moinhos horizontais de areia) foram usados com esferas de zircônia de 2mm como meio de moagem (relação médio/material de 5:1) e água pura como meio de dispersão (teor de sólidos de lama de 45%). Após 15 horas de moagem, a distribuição granulométrica da lama resultante foi medida usando um analisador de tamanho de partículas a laser Bettersize2000 para determinar o equipamento de moagem ideal.

O moinho de areia horizontal foi escolhido como o equipamento ideal, e um planejamento experimental ortogonal de quatro fatores e três níveis foi realizado usando relação médio/material, teor de sólidos de lama, velocidade linear e tempo de moagem. Os resultados mostraram que o tempo de moagem teve o impacto mais significativo no efeito de moagem, seguido pela velocidade linear, com os outros fatores tendo efeitos relativamente menores. A melhor combinação, de acordo com a análise de tamanho de partícula e diferença, foi determinada como uma relação médio/material de 4:1, teor de sólidos de lama de 45%, velocidade linear de 10 m/s e tempo de moagem de 25 horas.

Conclusão:

1. O moinho de areia horizontal produziu o melhor efeito de moagem, com d50 de 0,303μm para a lama de óxido de zircônia.

2. Utilizando o moinho de areia horizontal como equipamento de moagem com relação médio/material de 4:1, teor de sólidos de lama de 45%, velocidade linear de 10 m/s e tempo de moagem de 25 horas, obteve-se o melhor efeito de moagem, com d50 de aproximadamente 0,3μm.