Introdução
Nesta era de mobilidade elétrica e miniaturização, as ligas de terras raras e os ímãs permanentes feitos a partir delas estão ganhando importância constantemente. Um fator decisivo para a qualidade e as propriedades dos ímãs permanentes é uma distribuição estreita do tamanho das partículas com a menor fração possível de partículas mais finas (< 2 µm) e mais grossas (> 8 µm).
Com os moinhos a jato e classificadores ultrafinos fabricados pela NETZSCH, os compostos sensíveis de Nd-Fe-B e Sm-Co ou outras ligas de terras raras podem ser moídos de forma confiável em pós finos sob operação de gás inerte, proporcionando uma distribuição estreita de tamanho de partícula e um limite superior de tamanho de partícula definido com resultados reproduzíveis. Para moer essas ligas, a NETZSCH desenvolveu o moinho a jato de leito de alta densidade otimizado m-Jet. Essa máquina também oferece a possibilidade de extração automática de componentes que são difíceis de moer durante a operação, sem contaminar as partes periféricas da planta com impurezas. Esse recurso possibilita a troca rápida e sem problemas de produtos em todos os momentos.
Estado da arte
Componentes difíceis de moer ao moer ligas de terras raras
Na moagem de ligas de terras raras a serem usadas na fabricação de ímãs (ou em outras aplicações), frequentemente se formam depósitos de resíduos de componentes difíceis de moer. No caso das ligas Nd-Fe-B, eles consistem principalmente de neodímio, outras frações de terras raras ou ferro. Os resíduos são dúcteis e difíceis de moer em moinhos a jato. Em vez disso, eles tendem a se acumular na câmara de moagem. Consequentemente, as capacidades de produção diminuem durante o processo de moagem e a produtividade de toda a planta diminui. Além disso, se esses componentes contaminarem o produto final, isso terá um efeito negativo em suas características magnéticas. Além disso, o acúmulo de componentes difíceis de moer também pode modificar a distribuição do tamanho das partículas, o que também influencia a qualidade do produto. Outro problema é a mudança na composição da liga do pó de terras raras devido à moagem seletiva no leito fluidizado.
Portanto, dependendo da qualidade das ligas de terras raras, é necessário remover os componentes difíceis de moer da câmara de moagem em intervalos regulares
Extração de componentes de difícil moagem de moinhos a jato de leito fluidizado convencionais
O processo de extração em moinhos a jato convencionais é frequentemente muito demorado e complicado e, em geral, é realizado de acordo com a velocidade do moinho - normalmente quando 50% da capacidade de produção padrão é atingida.
É sabido que, no caso de moinhos a jato contra-rotativos, os componentes difíceis de moer são extraídos por meio da redução da velocidade do classificador. Esse processo é frequentemente auxiliado pelo uso de bicos de piso (Fig. 1), que, no entanto, são facilmente suscetíveis a bloqueios devido ao seu projeto estrutural instalado no piso da máquina.
O processo completo de extração em um moinho a jato convencional pode levar várias horas, o que, por sua vez, devido à redução da velocidade do classificador, pode causar contaminação com componentes grossos e difíceis de moer em toda a planta. Portanto, o processo de extração deve sempre ser seguido por um tempo de enxágue adequado. Isso significa que a produção deve ser interrompida por um período mais longo.
No final do processo de extração, o leito fluidizado deve ser novamente preenchido com pó. Durante o enchimento, podem ocorrer mudanças na distribuição do tamanho das partículas, na capacidade de produção e na moagem seletiva (fig. 3), o que pode levar a uma mudança nos componentes de liga do pó moído.
Devido ao grande volume da câmara de moagem (leito fluidizado) dos moinhos a jato de leito fluidizado, o processo de mistura e homogeneização do leito fluidizado pode levar até uma hora. Com esses moinhos, as capacidades de produção e as distribuições de tamanho de partícula constantes só são obtidas após esse período.
Ao usar moinhos a jato de leito fluidizado, a melhor qualidade do produto só pode ser obtida se o moinho for operado sem interrupção com um leito fluidizado de massa constante. Entretanto, isso só é possível por um período de tempo limitado.
A solução da NETZSCH
Extração de componentes de difícil moagem de moinhos a jato em espiral do tipo m-Jet
Para combater as desvantagens dos moinhos a jato de leito fluidizado convencionais mencionadas acima, os engenheiros da NETZSCH desenvolveram um moinho a jato espiral com um classificador de ar dinâmico integrado. O m-Jet combina as vantagens de um moinho a jato de leito fluidizado com as de um moinho a jato espiral e, portanto, é o moinho ideal para a moagem de pós de terras raras. É possível obter a maior finura reprodutível possível, independentemente da carga nos jatos de gás. O problema da extração de componentes difíceis de moer foi elegantemente resolvido por especialistas e é realizado diretamente da câmara de moagem durante a operação do m-Jet.
Esse processo pode ser facilmente automatizado. Ao diminuir o ciclo de trabalho, é possível detectar reduções na capacidade de produção. Quando um valor especificado é atingido, uma aba instalada na tubulação para o filtro se abre e o produto é pressionado para fora do moinho pela sobrepressão na câmara de moagem. Durante esse processo, a roda classificadora opera por meio do bypass. O conteúdo do moinho é então descarregado diretamente no filtro de poeira a jusante por meio de uma tubulação separada, que é usada somente para esvaziar o moinho. Como o produto bom é retirado diretamente do ciclone, não há contaminação da planta. A Figura 2 mostra o layout da tubulação de extração em uma planta de laboratório do tipo m-Jet 10.
Um outro problema de aplicação é o esvaziamento rápido e completo da câmara de moagem ao trocar o produto. Esse sistema também pode ser usado de forma eficaz para essa finalidade, embora o processo de esvaziamento da câmara de moagem também possa ser iniciado manualmente.
Graças ao pequeno volume da câmara de moagem no moinho a jato em espiral m-Jet, os fenômenos que normalmente ocorrem quando se usa um moinho a jato de leito fluidizado, como a mudança da distribuição do tamanho do produto do pó moído e o afundamento da capacidade de produção, são extremamente raros (Figura 3).
O processo de extração no site m-Jet em detalhes
Na Figura 4, o processo de extração do enchimento de pó ativo da câmara de moagem é representado em um gráfico: A câmara de moagem do moinho de laboratório m-Jet 10 foi esvaziada em intervalos de tempo definidos. A diminuição da potência do classificador durante e após o processo de esvaziamento pode ser vista claramente. Após cada esvaziamento, a finura do produto do ciclone e a massa e a finura do pó extraído no filtro foram medidas. A finura (d50) do produto do ciclone estava em torno de d50 = 2,95 µm e permaneceu relativamente constante durante todo o tempo de operação. Também foi demonstrado que quase não houve flutuações na finura d50 do conteúdo do moinho, coletado no filtro de pó. Em média, a massa extraída foi de cerca de 330 g. O produto extraído não sai do processo inerte de circuito fechado. Portanto, não há perigo de queima do pó durante o processo de extração e não são necessários filtros de pó adicionais, pois o filtro de pó instalado em cada planta é usado para essa finalidade.
Após a extração do conteúdo da câmara de moagem, o moinho fornece novamente um produto em conformidade com as especificações em 10 minutos. Isso representa uma economia significativa de tempo em comparação com os moinhos a jato de leito fluidizado convencionais. O tempo necessário para a extração do produto da câmara de moagem e o alcance de uma qualidade constante do produto podem ser transferidos 1:1 para os moinhos em escala de produção do site m-Jet.
Possibilidades na NETZSCH
Em Hanau, perto de Frankfurt, na Alemanha, a NETZSCH Trockenmahltechnik tem um laboratório bem equipado para testes com pós de terras raras. Nesse laboratório, é possível realizar testes de moagem no moinho a jato de leito fluidizado do tipo CGS e no moinho a jato espiral com classificador integrado do tipo m-Jet com extração integrada de componentes do produto que são difíceis de moer. A otimização adicional da distribuição do tamanho das partículas é realizada por meio da classificação no classificador fino de alta eficiência m-Class em atmosferas inertes. Muitas análises diferentes, como Malvern e REM, também podem ser realizadas em Hanau, bem como análises ONH, OCN e ICP em cooperação com um instituto renomado. Se necessário e solicitado por nossos clientes, também podemos realizar programas completos de sinterização, incluindo a identificação das propriedades magnéticas dos ímãs sinterizados em um Permagraph.