Mestrado em Engenharia Cerâmica e do VidroA 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
