Moinhos de bola: Parte escrita

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INTRODUÇÃO
	A cominuição ou fragmentação é uma das etapas mais importantes do processamento mineral, uma vez que, a partir da quebra das partículas, torna-se possível a obtenção de um produto com as especificações granulométricas ideais para determinados fins. A moagem normalmente representa a última etapa desse processo e, dentre os moinhos mais utilizados destacam-se o moinho de bolas.
	Existem em geral dois grandes grupos de classificação para os moinhos, sendo estes, moinhos cilíndricos e moinhos de martelo. O moinho de bolas se enquadra na classificação de moinhos cilíndricos, possuindo diversos tipos de tamanhos, desde unidades de laboratório, medindo 20 centímetros de diâmetro, até moinhos industriais de alta capacidade, chegando a cerca de 8 metros. 
	Em geral, o moinho de bolas é um dispositivo que, por meio de rotação promove a sucessiva colisão de esferas, responsáveis pela quebra progressiva de um determinado material, reduzindo-o em partículas menores, sendo também empregado para auxiliar uma eficaz homogeneização de misturas.
PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM MOINHO DE BOLAS
	Os moinhos de bola consistem basicamente de um corpo cilíndrico mais usualmente conhecido como carcaça ou tambor, que geralmente são fabricadas em chapas de aço calandradas (curvadas e lustradas/acetinadas). Em geral, são revestidos internamente com placas de aço ou borracha, contendo em seu interior corpos moedores, que ocupam de 30 a 50% do volume do moinho (grau de enchimento), e se movem livremente promovendo a cominuição, ou seja, a quebra do material processado. 
	A carcaça é um elemento estrutural do moinho que sustenta os componentes internos e normalmente é fabricada com espessuras que variam de 1/100 a 1/75 do diâmetro do moinho.
	Os corpos moedores para o moinho de bolas são comumente encontrados na forma de esferas, em aço forjado ou fundido, porcelana, pedra, ou qualquer outro material conveniente. Seu diâmetro é, em geral, de 10 a 20 vezes maior que o diâmetro do material alimentado no moinho. Esse valor é calculado seguindo a relação Db = 11√D, sendo (Db) o diâmetro das bolas (cm) e (D) o diâmetro das partículas mais grossas alimentadas no sistema (cm).
	A calha de alimentação serve para despejar o material dentro do moinho e em geral, é aconselhado que seja feita com material resistente ao desgaste visto que, nos moinhos de bola a moagem pode ser realizada por via seca ou úmida.
	As funções dos revestimentos internos incluem proteger a carcaça do moinho contra abrasão e danos derivados do processo de moagem e ainda, otimizar determinados processos visto que, determinados revestimentos influenciam na movimentação dos corpos moedores. Em geral, os revestimentos devem ser fabricados para que sejam facilmente substituíveis, resistentes ao desgaste e para que fiquem presos individualmente à superfície interna da carcaça. Dentre os vários materiais utilizados podemos destacar a borracha, os revestimentos feitos a partir de ligas metálicas e para aplicações especiais, os revestimentos de cerâmica. O tipo de revestimento varia de acordo com a aplicação e, a escolha do revestimento que será utilizado depende das condições de operações dos moinhos. Todavia, e em geral, quando o revestimento é mais liso predomina a moagem por atrito, sendo mais aplicado em moagem fina; já na moagem mais grossa é recomendável revestimento com maior rugosidade.
	Para separar as cargas de bolas e o sólido moído, empregam-se grelhas entre as câmaras do moinho e na sua saída, que permitem regular o nível de material em cada câmara, e limitar a saída de material moído, mantendo um nível de enchimento adequado a cada processo e/ou situação.
	A plataforma de descarga para moinhos de bolas geralmente ocorre por Overflow ou por diafragma. O sistema Overflow (que significa transbordar em português), apresenta como principal característica facilidade de escoamento. Já a descarga por diafragma é recomendada quando a alimentação é grosseira, visto que só passará pela grelha o material com a granulometria desejada. Uma desvantagem da descarga por diafragma é que ocorre o entupimento dos crivos com grande frequência.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOINHO DE BOLAS
	De um modo simplificado, o moinho de bolas funciona da seguinte maneira: o material a ser moído é alimentado na calha e, a medida que o tambor gira a força centrífuga causada pela rotação eleva os corpos moedores até certa altura e então o impacto da queda desses corpos mói os materiais. Os materiais moídos são descarregados através da plataforma de descarga e assim o processo de moagem é finalizado. 
	A operação pode ser realiza em batelada, sendo a alimentação e a descarga feitas através de uma abertura na superfície lateral da carcaça; ou em processo contínuo, quando a alimentação é feita por uma extremidade, sendo a descarga feita automaticamente pela extremidade oposta através de uma peneira.
	Se a rotação do moinho for muito baixa, as bolas apenas rolam no interior do moinho e a ação de moagem é bastante reduzida. À medida que a velocidade aumenta, as bolas são levadas até posições cada vez mais elevadas e a ação de moagem torna-se mais intensa. Porém, há uma rotação crítica do tambor a partir da qual as bolas começam a centrifugar e então a ação de moagem cai a valores bastantes baixos. Isso ocorre devido ao fato de a força centrífuga ser maior que a força gravitacional. A bola então não realiza qualquer trabalho, não havendo portanto, moagem. A velocidade do moinho em que isto ocorre chama-se velocidade crítica do moinho e, as bolas então que antes possuíam uma trajetória parabólica, passam a possuir uma trajetória circular como mostrada na Figura 1. 
Figura 1 – Velocidade crítica do moinho
	De acordo com a velocidade de operação do moinho, podemos então identificar em geral três regimes de movimento dos corpos moedores. Sendo estes identificados na Figura 2.
Figura 2 - Diferentes movimentos dos corpos moedores a) Cascata, b) Catarata, c) Centrífugo
AS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO MOINHO DE BOLAS
	O moinho de bolas em geral é uma ferramenta eficiente de moagem, que é capaz de moer diversos tipos de materiais em pó fino. Além de ser uma ferramenta eficaz para triturar diversos tipos de minérios, possuindo a possibilidade de moagem a seco e úmido.
	A moagem via seca é, normalmente, adotada para casos onde o minério não pode ser molhado, ou quando a próxima etapa do processo é a seco, tornando-se economicamente inviável a secagem da polpa, ou quando a escassez de água torna o processo a úmido inviável. Conforme apresentado por Wills, et al. (2006), a moagem a seco causa menos desgaste nos revestimentos e nos corpos moedores, em consequência à formação de uma camada de minério que recobre os mesmos, resultando, também, na produção de mais partículas finas. Já a moagem via úmida se caracteriza pela adição de líquido ao sólido, produzindo uma polpa, que irá compor a carga. A quantidade de água a ser adicionada é determinada conforme a densidade ou porcentagem de sólidos da polpa que se deseja utilizar no processo. Este tipo de moagem apresenta uma ação lubrificante, devido ao transporte hidráulico, levando a redução de potência, em torno de 23%, em relação à moagem a seco, como mostra Metso (2005). Entretanto, o consumo de revestimento é de 5 a 7 vezes maior, em função do desgaste à corrosão e falta de recobrimento dos mesmos.
	A moagem via úmida é, geralmente, a mais utilizada em operações de processamento mineral devido à economia global da operação. As vantagens deste tipo de processo, conforme apresentadas por Wills, et al. (2006), são: 
Menor consumo energético por tonelada de material; 
Maior capacidade por volume do moinho; 
Possibilidade do uso de peneiramento a úmido ou classificação para controle mais preciso do produto; 
Eliminação de problemas relacionados à poeira; 
Dissipa o calor gerado dentro do moinho; 
Possibilita o uso de meios de transporte de material mais simples, tais como 
bombas, tubulaçõese calhas. 
Tipos de Circuito 
	A moagem pode ser conduzida em dois tipos de circuito, aberto ou fechado, determinado pela especificação granulométrica desejada do produto e/ou pela operação de classificação do material. 
	O circuito aberto se caracteriza por apenas uma passagem do material através do moinho, de forma que o produto atinja as especificações desejadas, não necessitando de classificação antes de passar para a próxima etapa do processo. Wills, et al. (2006) destacam que este tipo de circuito é raramente utilizado em processamento mineral, uma vez que não se tem controle da distribuição granulométrica do produto e, ainda, necessitar de uma taxa de alimentação baixa o bastante para garantir que todas as partículas permanecerão tempo suficiente dentro do moinho para serem fragmentadas ao tamanho de produto desejado. Deste modo, o tempo de residência das partículas dentro do moinho é superdimensionado, levando à produção excessiva de finos e ao consumo desnecessário de energia. 
	Já na operação em circuito fechado, tem-se como objetivo remover do moinho, o mais rápido possível, aquelas partículas que já atingiram o tamanho desejado, reduzindo o tempo de residência das mesmas a cada passagem pelo moinho. Deste modo, há redução na sobremoagem, aumentando a energia disponível para a fragmentação efetiva das partículas (Wills, et al., 2006).
Movimento da Carga dentro do Moinho
	Como foi descrito anteriormente, a rotação da carcaça do moinho leva ao movimento da carga em seu interior, responsável pelo processo de fragmentação das partículas. À medida que moinho gira, a carga é levantada próximo à carcaça, devido à força centrífuga exercida sobre ela, até o ponto em que a força da gravidade passe a ser predominante. Neste ponto, a carga é arremessada da parede da carcaça, em trajetória parabólica, podendo apresentar dois tipos de movimento, dependendo da velocidade de rotação do moinho cascata ou catarata. 
Velocidade de Operação 
	A velocidade de operação do moinho é de fundamental importância para o processo de moagem, podendo-se reduzir o consumo de bolas, diminuir o desgaste dos revestimentos e determinar a granulometria do produto, através da geração de partículas mais finas ou mais grosseiras. Em geral, essa velocidade varia entre 60 e 85% da velocidade crítica, podendo variar, em casos extremos, entre 50 e 90%. Luz, et al. (2010) alertam que velocidades altas aumentam a capacidade do moinho e realizam uma moagem mais grosseira, porém comprometem o seu desempenho. Ainda, velocidades baixas são usadas quando não é possível atingir a plena capacidade do moinho. 
APLICAÇÃO DOS MOINHOS DE BOLA
Os moinhos de bolas são equipamentos de importante aplicação na industrialização a fim de se obter produtos de baixa granulometria, com malha de controle de até 325 mesh (0,044 mm). São equipamentos robustos, duráveis e de excelente desempenho, agregando ainda facilidade de operação e manutenção.
 Além de ser uma ferramenta eficiente para moer diversos tipos de materiais em pó fino, eles geralmente são usados para moer o material que é ¼ polegadas ou menor, para um tamanho de partícula de 20 a 75 microns. Para os moinhos de bola serem mais eficientes, é aconselhável a moagem em um sistema fechado com o material grande sendo continuamente recirculado para o cano cilíndrico de redução. 
Os moinhos de bolas são amplamente utilizados na indústria de mineração para a moagem e seleção de material. Eles também são usados na indústria da, indústria química, entre outros. Sendo um equipamento chave em processos de remoagem de cimento, produtos de silicato, novos materiais de construção, materiais ignífugos, fertilizantes químicos, metal preto e não férrico, vidro, cerâmica, etc. Podem moer materiais e minérios que aceitem processo em seco ou úmido, além de serem aplicados em processos na qual se necessita obter a redução de tamanho para uma dimensão específica (por exemplo, produção de areia).
VANTAGENS E DESVANTAGENS
	O moinho de bolas apresenta diversas vantagens, as principais são: 
Moagem via seca e via úmida (como já foi descrito anteriormente);
 Baixo custo de energia e instalação; a moagem em si deve ser muito bem estudada na etapa de dimensionamento e escolha de equipamento e muito bem controlada na etapa de operação da industrial, pois o bom desempenho de uma instalação industrial depende em muito da operação de moagem.
O material de moagem para esse moinho geralmente tem custo baixo, por exemplo: cimento, gesso, feldspato, carvão, coríndon, bauxita etc.
Próprio para matérias de diversos graus de dureza;
Uso em sistemas contínuo e descontínuo;
Utilizado em circuitos aberto ou fechado. 
	Em contrapartida, ele possui maior espaço de piso quando comparado a moinhos verticais, maior ruído no processo de operação e maior tempo de parada para manutenção. Além de ser um tipo de moinho fixo. 
EFICIÊNCIA
A eficiência do moinho de bolas não está apenas ligada à sua velocidade de rotação. Sabe-se que, se a velocidade está acima de sua velocidade crítica, o meio de moagem começa a centrifugar-se e as esferas cairão sobre as outras, reduzindo bastante sua eficiência. Sua velocidade crítica (Vc) pode ser calculada por:
Vc = (60/2) , 
 Sendo, g = gravidade (981cm/s²), R = Raio do moinho (cm), r = Raio das esferas de moagem (cm).
A quantidade de bolas de moagem necessária em condições ótimas é de 50-55% da capacidade líquida do moinho. Porém, pela quantidade de espaços vazios entre as bolas de moagem, não se torna efetiva. Portanto ocupa-se aproximadamente 60% do volume do moinho. Para calcular a quantidade de bolas de moagem necessária, utiliza-se a seguinte fórmula:
P = V. db. p. 0,60 
Onde: P: quantidade de bolas (Kg); db: peso específico das bolas (Kg/L); V: volume útil do moinho (L); p: taxa de ocupação aparente das bolas (0,50 a 0,55).
A eficiência de moagem está ligada a natureza da matéria prima que está sendo utilizada. Dentro desse âmbito, temos o fator dureza do material. Quanto mais duro for o material utilizado, mais fácil de moer.
Outro fator importante que afeta a eficiência é a taxa de ocupação do moinho. Quando se usa pouca matéria-prima, no processo inicial há um rendimento maior. Mas para um processo com a taxa de ocupação alta do moinho, há um maior rendimento no final do processo. 
REFERÊNCIAS
ICTA-UFRGS. Operações Unitárias/Moagem. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/alimentus/feira/afeira.htm>. Acesso em: 22 de agosto de 2016.
Operações Unitárias: Redução de tamanho, moagem . Disponível em: http://www.ufrgs.br/alimentus1/feira/optransf/moagem.htm.
DELBONI JR, H. Cominuição. In: Tendências Tecnológicas Brasil 2015-Geociência e
Tecnologia Mineral, CETEM/MCT, p.103-131, 2007.
Luz, A. Cominuição de minérios: Técnicas, CETEM, p143-211,2012.
LUIZ, et AL. Uma Revisão dos Princípios de Funcionamento e Métodos de Dimensionamento de Moinhos de Bolas. Departamento de engenharia de minas, UFMG.