As diversas substâncias utilizadas na preparação de complexos vítreos são coletivamente denominadas matérias-primas para o vidro. A principal matéria-prima refere-se àquela que introduz diversos óxidos no vidro para formar a estrutura principal do mesmo, determinando suas propriedades físico-químicas básicas. As principais matérias-primas são areia de quartzo, feldspato, calcário, dolomita, carbonato de sódio, entre outras. Atualmente, essas matérias-primas são geralmente fornecidas em pó.(1) Matérias-primas de sílica: a principal matéria-prima da sílica é a areia de sílica (também conhecida como areia de quartzo), que pode ser dividida em areia de sílica natural e areia de sílica processada, de acordo com seu estado natural. Devido à complexidade de seu processo de formação, a composição química da areia de sílica natural frequentemente apresenta grandes variações, embora sua distribuição granulométrica seja relativamente uniforme. Para a qualidade da areia de sílica natural, deve-se atentar para o controle da composição química, a variação da composição e o peso dos minerais refratários. A composição química controla principalmente o teor de Fez 03, sendo classificado e utilizado de acordo com sua qualidade. A classificação de qualidade da areia de sílica está listada na tabela 2-16.2) Processamento da areia de sílica: o processamento da areia de sílica consiste na transformação de minério bruto de quartzo ou arenito em matéria-prima siliciosa por meio de um processo específico. Como a pureza do minério de quartzito ou arenito é geralmente maior, o teor de impurezas é menor e mais estável, resultando em uma areia de sílica de qualidade superior e estável. No entanto, o controle do tamanho dos grãos a partir do minério de quartzito ou arenito para obtenção de areia de sílica com granulometria específica é complexo, o que encarece o processo. A areia de sílica é geralmente processada por via úmida, com um determinado teor de umidade. A areia de sílica é um dos materiais mais difíceis de fundir. O tamanho, a distribuição e a forma das partículas têm efeitos importantes na mistura, fusão e homogeneização do composto. A redução do tamanho das partículas é benéfica para a fusão do vidro, sendo que quanto mais fino, melhor. O pó de areia de sílica apresenta aglomerados, com lacunas granulares em grande número. A presença de pó de areia de sílica pode causar bolhas devido à dificuldade de fusão, e também pode levar à formação prematura de bolhas. Materiais como sódio, cálcio e magnésio, ao reagirem com outros elementos, podem gerar alta densidade e viscosidade na massa fundida primária, facilitando a formação de camadas no forno e afetando outros materiais refratários presentes na massa. A forma dos grãos de areia deve ser angular, pois oferece maior área superficial e facilita o contato com os fundentes, evitando a formação de camadas durante a mistura e o transporte. A areia de sílica deve ser verificada e aprovada na área de mineração. O teor de umidade da areia de sílica deve ser controlado abaixo de 8% durante a extração do minério e abaixo de 5% durante o carregamento na oficina. O valor da flutuação de umidade é de 0,4%. A Tabela 2-17 mostra os requisitos de qualidade das matérias-primas siliciosas. (2) O teor de Al₂O₃ em vidros de garrafas comuns é geralmente de 2,0% a 5,0%. Garrafas de vidro branco de alta qualidade contêm principalmente alumina e hidróxido de alumínio, mas para vidros de recipientes e vidros coloridos com requisitos de qualidade mais baixos, também é possível optar por usar feldspato de sódio, feldspato de potássio ou feldspato de cálcio. Ao mesmo tempo, o uso de feldspato como Al₂O₃ pode substituir parte do carbonato de sódio, o que é vantajoso para o sistema de fusão do vidro. No entanto, o teor de ferro no feldspato em geral é alto, sendo o Fe₂O₃ inferior a 0,1%, muito raro, portanto, só pode ser usado em vidros de garrafas e latas comuns, e não em vidros de garrafas e latas de qualidade superior. O feldspato pode ser utilizado de acordo com sua composição química. dividido em quatro tipos: feldspato potássico, feldspato sódico, feldspato cálcico e feldspato bário. Na natureza, existem poucos depósitos individuais dos quatro feldspatos, a maioria dos quais está misturada com outros minerais em diferentes proporções. A Tabela 2-18 lista os requisitos de qualidade para materiais de feldspato.(3) O Na2O, matéria-prima do óxido de sódio, é um bom fundente para vidro. Portanto, o teor de Na2O na composição química de garrafas e latas de vidro está intimamente relacionado às condições de fusão do vidro, que atualmente se situam principalmente na faixa de 14% a 16%. O Na2O no vidro das garrafas é introduzido principalmente pelo carbonato de sódio. O carbonato de sódio é um tipo de matéria-prima química, cujo principal componente é o Na2CO3. O carbonato de sódio divide-se em soda cristalina (Na2CO3·10H2O) e soda calcinada (Na2CO3). A maior parte do carbonato de sódio usado na indústria vidreira é carbonato de sódio calcinado, sem água de cristalização, produzido pelo método alcalino com amônia. O carbonato de sódio calcinado é um pó branco, facilmente solúvel em água, que absorve água do ar com facilidade e se deliquiza, formando grumos, necessitando ser armazenado em local seco. O carbonato de sódio é um dos fatores mais importantes que afetam o custo do vidro. Para vidros de garrafa, deve-se preferir o carbonato de sódio alcalino pesado. Comparado ao carbonato de sódio alcalino leve, o alcalino pesado apresenta boa porosidade, higroscopicidade, menor tendência à dispersão e formação de camadas, o que pode melhorar a uniformidade e a velocidade de fusão da mistura. No entanto, partículas de carbonato de sódio muito grossas não conseguem cooperar efetivamente com outros materiais refratários na mistura, contribuindo para uma fusão uniforme e resultando em uma mistura desigual, o que afeta a qualidade da fusão e a clarificação do vidro. Portanto, a faixa de tamanho de partícula adequada é de 0,22 a 0,42 mm. O local onde o carbonato de sódio permanece por muito tempo, frequentemente contendo 5% a 8% de água, deve-se determinar a umidade em tempo hábil. A volatilização do carbonato de sódio durante a fusão do vidro é de 0,5% a 3,2%. O carbonato de sódio calcinado frequentemente contém uma pequena quantidade de NaCl, pois o Cl é muito ativo, a erosão do refratário é muito séria. A grande quantidade de carbonato de sódio e o acúmulo de Cl na solução de vidro têm atraído a atenção da indústria recentemente.(4) O papel do óxido de potássio (K2O) no vidro é semelhante ao do Na2O. Na produção de vidro para garrafas e latas, uma pequena quantidade de K₂O é usada para substituir uma pequena parte de Na₂O, o que pode aumentar o índice de refração do vidro e melhorar o brilho e a transmitância dos produtos. A estabilidade química de dois óxidos alcalinos no vidro é melhor do que a de um único óxido alcalino. Na proporção entre os dois, existe um ponto ideal, fenômeno conhecido como efeito de base mista. O efeito do K₂O no coeficiente de expansão térmica do vidro é maior do que o do Na₂O. Portanto, ao substituir parte do Na₂O por K₂O, a influência no coeficiente de expansão térmica do vidro deve ser considerada. O K₂O no vidro para garrafas é geralmente introduzido por meio da calcinação do carbonato de potássio. Quando o carbonato de potássio é fundido no vidro, a perda por volatilização do K₂O é de cerca de 12% de sua própria massa. Os requisitos de qualidade para o carbonato de potássio são: K₂CO₃ inferior a 96%, Na₂O 40,2%, KCl + K₂SO₄ 43,5%, insolúveis em água < 0,3%, água ≤ 3%. O preço da potassa é mais alto que o do carbonato de sódio, por isso, além dos requisitos especiais para garrafas e latas de vidro, a maioria das garrafas e latas de vidro não utiliza potassa para produzir óxido de potássio diretamente, mas sim óxido de potássio com feldspato. (5) Introdução de matéria-prima de óxido de cálcio: o óxido de cálcio (CaO) no vidro tem como principal função estabilizante, ou seja, aumenta a estabilidade química e a resistência mecânica do vidro, mas quando o teor é muito alto, pode aumentar a tendência à cristalização do vidro e torná-lo quebradiço. O teor de CaO em vidros de garrafas comuns é de 7% a 11%, geralmente não ultrapassando 12,5%. O CaO em altas temperaturas pode reduzir A viscosidade do vidro promove a fusão e a clarificação, mas quando a temperatura cai, a viscosidade aumenta muito rapidamente, dificultando a moldagem. Portanto, além de considerar a influência do CaO nas propriedades do vidro, é preciso levar em conta o método de moldagem e outros fatores. Vidros com alto teor de CaO devem ser colocados rapidamente no forno de recozimento, caso contrário, o produto pode quebrar facilmente. Ao fundir vidro sódio-cálcico, é melhor aproximar o teor de NaOCaO de 21. As principais matérias-primas utilizadas na fabricação de vidro para potes são calcário, calcita e giz. O calcário com teor de FeO de 40,015% é utilizado na produção de utensílios e materiais brancos. O calcário com teor de FeO inferior a 0,04% é utilizado na produção de vidro colorido. O teor de água do calcário deve ser controlado para menos de 1%. Quando a composição do vidro exige um teor de óxido de ferro muito rigoroso, este pode ser substituído por calcita, que é muito mais pura que o calcário, mas também muito mais cara.(6) A quantidade de óxido de magnésio (MgO) na composição química de garrafas e latas de vidro é geralmente inferior a 2%. Ao usar MgO para substituir parcialmente o CaO, pode-se aumentar a viscosidade quando o líquido vítreo está em alta temperatura, o que pode retardar a velocidade de endurecimento do vidro, prolongando o tempo de cura, melhorando as propriedades de forma do vidro e reduzindo sua tendência à cristalização. Os óxidos de cálcio, magnésio e metais alcalino-terrosos de valência 2 podem melhorar a estabilidade química do vidro, evitando o aparecimento de mofo em ambientes úmidos por longos períodos. Geralmente, a quantidade de substituição deve ser controlada abaixo de 3%, enquanto que uma quantidade de substituição superior a 3% afetará a fusão e a formação do vidro. Costumava-se pensar que a dolomita e o calcário de partículas finas fundiam-se, mas com o aprofundamento dos estudos Pesquisas sobre o mecanismo de produção de vidro em lotes a altas temperaturas revelaram que a adsorção de partículas intrusas de dolomita ao redor das partículas maiores de sílica impede a participação da areia na reação. Além disso, partículas de calcário mais grossas, no início da reação de silicato, não são molhadas pela fase primária, permitindo que o líquido primário penetre suavemente nos espaços entre os grãos grandes de dolomita, calcário e areia de sílica, umedecendo-os e aumentando ainda mais a taxa de reação de silicato. Por fim, os gases liberados pela rápida decomposição e fusão dessas partículas contribuem para a clarificação e homogeneização do líquido vítreo. Constatou-se que, quando o tamanho das partículas de ambos os materiais aumenta para 2,5 mm, as propriedades de fusão e clarificação do vidro melhoram significativamente, e quando o tamanho das partículas é superior a 3 mm, essas propriedades diminuem significativamente. Portanto, o limite superior do tamanho das partículas de dolomita e calcário deve ser controlado dentro de uma determinada faixa. Atualmente, o uso de dolomita e calcário com granulometria maior é uma tendência. Na produção em larga escala, ao calcular a fórmula do vidro, a dolomita é utilizada para introduzir MgO, e a quantidade insuficiente de CaO é suplementada com calcário ou calcita. Se a composição do vidro não contiver CaO, a dolomita não poderá ser utilizada para atrair MgO para o vidro, devendo-se optar por carbonato de magnésio para atrair MgO. Os requisitos de qualidade para a dolomita são Mg0≥20%, CaO < 32%, Fe2O3 < 0,15%.(7) Introdução da matéria-prima óxido de bário: o óxido de bário (BaO) desempenha um papel fundamental no vidro, assim como o CaO e o MgO, porém o vidro contendo bário e o vidro contendo CaO apresentam bom brilho e maior densidade. Geralmente, na composição de vidros para garrafas coloridas, utiliza-se 0,5% a 1% de BaO para melhorar o brilho do vidro. O BaO pode acelerar a fusão, a clarificação e prevenir a cristalização do vidro, mas quando a dosagem é muito alta, devido à ocorrência da reação 2BaO → 10O2 → 2BaO2, a clarificação do vidro torna-se difícil e o cadinho e os materiais refratários sofrem maior erosão. O sulfato de bário natural (BaSO4), conhecido como barita, contém uma grande quantidade de partículas e um alto teor de impurezas, sendo utilizado apenas para vidros com requisitos de qualidade não elevados. Industrial O BaSO₄ é usado principalmente em vidros de fluorescência e imitações de jade para garrafas, conferindo ao vidro um efeito de opacidade relativamente fraco. No entanto, o uso excessivo pode causar uma série de efeitos adversos em materiais refratários, cadinhos, moldes e na qualidade do produto final. Na produção de garrafas e latas de vidro, o BaSO₄ é geralmente introduzido por meio de carbonato de bário industrial. Além disso, matérias-primas que contêm bário apresentam certa toxicidade, sendo necessário tomar precauções durante o processo de mistura. Os requisitos de qualidade para o carbonato de bário industrial são: BaSO₄ 97%, Fe₂O₃ 40,1% e 3% de insolubilidade em ácido.
Data da publicação: 14 de abril de 2020