A definição do tamanho de bolas em moinhos deve partir da relação entre a energia de impacto disponível e a granulometria da alimentação.
Em termos operacionais, partículas mais grossas requerem corpos moedores maiores, capazes de transmitir esforços suficientes para promover a quebra, enquanto partículas mais finas tendem a ser cominuídas com maior eficiência por bolas menores, em razão do aumento da área de contato e da frequência de colisões. Por isso, a seleção do diâmetro de bolas deve considerar parâmetros como F80, Work Index, diâmetro do moinho, velocidade de operação e características do minério.
Para determinar esse tamanho ideal, a indústria utiliza formulações consagradas, como as de Bond e Azzaroni, que consideram variáveis como a densidade do mineral, a velocidade e o diâmetro do moinho. Contudo, nas simulações, os dois fatores mais determinantes são o Work Index (índice de trabalho) e, principalmente, o F80 (o tamanho de 80% da alimentação do moinho). Na prática, o cálculo exato muitas vezes resulta em um diâmetro de bola que não é fabricado comercialmente, como 3,38 polegadas. Para contornar isso, adota-se a técnica de mistura de bolas (ball rationing), que consiste em combinar proporções de bolas de tamanhos diferentes (por exemplo, 25% de bolas de 3 polegadas e 75% de bolas de 3,5 polegadas) para alcançar a área de superfície específica ideal para a operação. Vale ressaltar que os contatos entre as bolas e as partículas dentro do moinho são completamente aleatórios, o que significa que contatos ineficientes (bolas grandes atingindo partículas pequenas e vice-versa) sempre ocorrerão.
Para um nível de otimização mais avançado, recorre-se à cinética de moagem, que avalia o processo dividindo-o na função de seleção (a rapidez ou facilidade com que as partículas são selecionadas para moagem) e na função de quebra (a forma como elas se fraturam).
A análise cinética comprova que bolas maiores possuem um tamanho crítico mais elevado, sendo excelentes para fraturar minérios grossos, mas apresentando uma cinética muito ruim para a moagem de material fino. O inverso ocorre com as bolas menores, que são altamente eficientes para os finos, mas ineficientes para partículas maiores.
Como as mudanças na planta não podem ser feitas às cegas, a metodologia exige a realização de testes em laboratório que repliquem fielmente as condições industriais, como a densidade do minério, o percentual de sólidos, o enchimento do moinho e a energia específica consumida. Utilizando fatores de escala e o software de simulação Molycop Tools, os especialistas conseguem calibrar os dados do laboratório com os dados reais da planta, prevendo o comportamento do moinho com diferentes configurações de carga.
Na aplicação em casos reais, estudos demonstraram que a substituição de bolas de 3 polegadas por bolas de 3,5 polegadas pode resultar em uma redução expressiva no desgaste e consumo de metal, chegando a registrar quedas de 13,5% no consumo. No entanto, por terem uma menor área de superfície específica e menos interações, as bolas maiores tendem a gerar um produto final levemente mais grosso, causando um pequeno aumento no tamanho do P80. Por isso, toda alteração exige uma rigorosa análise de custo-benefício para avaliar se a economia no consumo compensa a perda de finura do produto. Além disso, a operação da planta deve ser planejada considerando o período de purga (push period), que é o tempo — muitas vezes durando meses — necessário para que a nova carga de bolas substitua completamente a antiga e o desempenho do moinho se estabilize.
