paneles de vidrio de flotador claro templado

Harina de cromo en la fabricación de vidrio


La harina cromada
(también conocida como cromita, cromita de hierro y en su notación química Cr2O3) es un pigmento ampliamente utilizado en la producción de vidrio contenedor, proporcionando muchos tonos diferentes de verde dependiendo del estado de oxidación y la concentración de la cromita utilizada. El vidrio del contenedor es simplemente eso; vidrio que se utiliza para contener, siendo las botellas el ejemplo principal.

La cromita se ha utilizado como pigmento de vidrio desde al menos la década de 1840, unos cincuenta años después de su uso como esmalte para la cerámica. Su amplia adopción ha sido mucho más reciente debido a la exigencia de tamaños de molienda específicos y temperaturas en la fabricación, además de técnicas de fabricación de vidrio más avanzadas(1). La coloración verde, sin embargo, rara vez se debe a que la cromita actúa sola. La gama más completa de colores se logra cuando la cromita se utiliza en conjunto con otro compuesto, como la pirita de hierro. La manipulación de las proporciones de estos compuestos conduce a un complemento completo de los greens, desde la morte feuille hasta el verde esmeralda profundo, debido a la interacción de las vías Cr3+ Cr6+ y Fe2+ Fe3+ redox que juegan un papel. La cromita se refiere a cualquier mineral que sea un óxido de cromo de hierro. En este caso, la cromita se refiere exclusivamente a la cromita hierro(ii), FeCr2O4. Para la coloración clásica verde esmeralda, el cromo está presente exclusivamente en el estado de oxidación +3, dando lugar a bandas de absorción de luz a 450 y 650 nm(2).

edificio utilizando vidrio de placa que se hace con cromo

El vidrio de cal sodada es el tipo de vidrio más utilizado para el
vidrio contenedor,
y se compone predominantemente de sílice, carbonato sódico ('soda') y carbonato de calcio ('cal'), junto con cantidades mucho más pequeñas de otros compuestos añadidos para la resistencia, durabilidad y color. Su componente principal es la sílice, los otros componentes principales se añaden como 'flujos'; presente para asegurar un punto de fusión más bajo y una viscosidad más fácilmente controlada, ya que el vidrio puro de tipo cuarzo (sólo sílice) puede ser difícil de trabajar.

Como mineral, la cromita se encuentra naturalmente en los depósitos bajo tierra, con
suministros
de la más alta calidad que se encuentran en el sur de Africa(3). Es importante que cuando se utiliza la cromita, se almacena y se maneja correctamente. Bajo ciertas condiciones, el cromo(iii) puede oxidarse al cromo (vi), que es altamente tóxico para los seres humanos, y carece de las mismas características de pigmentación de vidrio. En caso de que se note un exceso de conversión a cromo(vi), la conversión de nuevo al estado de oxidación segura del cromo (iii) es posible utilizando medios químicos(4). La presencia de cromo hexavalente dará lugar a una coloración fuertemente amarilla. Cabe destacar que en el derretimiento de vidrio de cal sodada, el cromo también está presente en el estado de oxidación +2, al menos temporalmente(5).

Los vasos oxidados y reducidos se refieren al estado general de redox en el derretimiento que se utiliza para la producción de vidrio. Las gafas altamente oxidadas conservan altos niveles de sulfato, mientras que los niveles bajos de sulfato se conservan en vasos reducidos. El número general de redox es un producto de los niveles de sulfuro y los niveles de otros componentes activos redox, incluyendo la cromita(6).

Gafas de envase verde pigmentadas con cromo

Las gafas oxidadas tienen números negativos de redox, niveles más altos de sulfato retenido y se asocian con gafas tradicionales de color verde, como la esmeralda y los verdes de Georgia. Verde esmeralda a menudo posee un número redox de -5 y se hace usando alrededor de 0.2 wt de cromato y 0.5 wt óxidos de hierro. El verde de Georgia es un color verde claro, casi azul-ish, color de vidrio asociado con las botellas de Coca-Cola. Toma este color debido a la relación de cromita y óxido de hierro altamente a favor del hierro, con cantidades de cromita en la región de 0,05 wt. El vidrio verde de Georgia tiene típicamente una longitud de onda dominante en alrededor de 555 nm(7). La hoja muerta - o feuille morte - se logra cuando se utiliza el doble de la cantidad de óxidos de hierro en comparación con la cromita.

botellas verdes hechas con arena de cromita

Los vasos verdes reducidos tienen números de redox positivos, bajos niveles de sulfato retenido y están asociados con el 'vidrio UVA' - es decir, vidrio amarillo-verde que es resistente a la radiación ultravioleta. Esto es particularmente atractivo para el fabricante de vidrio, ya que los artículos contenidos en el vidrio UVA están protegidos de la radiación que puede causarles daños(8). El vidrio UVA es de un color verde significativamente menor que el vidrio verde esmeralda, esto se debe a la presencia de pequeñas cantidades de cromo hexavalente estabilizado, que modera el color verde del cromo (iii) utilizando su propio amarillo. Tan poco como 0,1 wt de óxidos de cromo en masa es suficiente para producir uva verde(9,10), la contribución de los óxidos de hierro está en la región de 0,4 a 1 wt(11).

Botellas vacías de vino de vidrio verde

Usos del vidrio verde

El vidrio del recipiente se hace enfriando un fundido en / sobre un molde, o a través de un proceso de soplado de vidrio. En el proceso de moldeo, se producen procesos de acabado/recocido de ciclismo. El recocido elimina los puntos de tensión en el vidrio(12). Los vasos verdes son populares tanto por razones estéticas como debido a su capacidad para evitar que los alimentos se estropeen debido a la moderada protección ultra violeta que ofrece la cromita en el cristal(13). Cabe señalar, sin embargo, que el rendimiento UV superior se logra con gafas de color ámbar, pero tal protección se produce a expensas de ser capaz de inspeccionar visualmente fácilmente el contenido. Además del vidrio contenedor, la cromita es un colorante en otros tipos de vidrio:

Placa (arquitectónica) de vidrio

El vidrio de placa de color verde históricamente no ha sido el más deseado, aunque fue el primer producto de vidrio de placa tintado que se hizo. Los primeros intentos de utilizar la cromita para colorear el vidrio fundido, que luego fue sacado de la fusión, se informan en la literatura de patentes(14). Al considerar el proceso moderno de fabricación de vidrio de placa, por el que el vidrio fundido se vierte en una corriente delgada sobre la estaño fundido, la cromita se puede utilizar en la fusión de la misma manera que cualquier otro colorante, por ejemplo el cobalto. Los compuestos de hierro son los colorantes líderes en vidrio de placa verde contemporánea. Sin embargo, sigue siendo cierto que el uso principal del vidrio de color verde fuera del espacio de contenedores se encuentra en el campo de la automoción.

London Skyline

Gafas automotrices

El vidrio tintado se utiliza a menudo en los coches para reducir el impacto de la transmisión solar en el vehículo, además de razones estéticas y de privacidad. El vidrio teñido temprano para aplicaciones vehiculares requería un tono pálido de verde, y por lo tanto se utilizaron óxidos de hierro(15). Los intentos más recientes utilizan la cromita como un compuesto pigmentante junto con óxidos de hierro(16). Además, la espinela de cromita se puede utilizar en conjunto con compuestos de cobre cuando se aplica a los vidrios automotrices como un recubrimiento de esmalte(17), o incluso como una película de tipo sol-gel(18). Se postula que las mismas cualidades otorgadas al vidrio UVA por la presencia complementaria de cromita y óxidos de hierro contribuyen a la inhibición de la radiación solar que llega al interior del vehículo.

Impactos en la fabricación y el uso

Los números de redox más bajos se asocian con procesos de fabricación más eficientes, como a una temperatura más baja(19). Gafas serán más fáciles de refinar si hay menos sulfato. La tolerancia al calor del vidrio es importante; los vasos de los recipientes no necesitan romperse o agrietarse al enfriarse y deben ser capaces de soportar una cantidad moderada de calor cuando se han enfriado completamente y en uso convencional. Se ha demostrado que los vasos de mayor calidad a menudo tienen un contenido de óxido de hierro ligeramente más alto - en el caso del vidrio verde, este óxido puede ser proporcionado por la cromita(20). Es imperativo que no haya rastros de ácido sulfúrico durante el proceso de fabricación, ya que puede causar rápidamente la formación de compuestos de sulfato de cromo poco solubles, lo que inhibirá gravemente la producción de vidrio(21).

botellas que se están haciendo

En general, la degradación de vidrio plano/placa es un producto de su entorno (clima), y el vidrio del contenedor su contenido. Al igual que durante el proceso de fabricación, los ácidos altamente concentrados no deben almacenarse en vidrio de recipiente de color cromita(22). En un tipo de aplicación diferente pseudoflujo, cuando se han añadido pequeñas cantidades de cromita a los derretidos de vidrio ricos en hierro, se ha encontrado que la tasa de formación de espinela aumenta, lo que conduce a un mayor grado de cristalización en el vidrio terminado(23).

Resumen

  • El vidrio de color verde se logra utilizando la cromita de hierro como colorante primario. El color general está determinado por la identidad de otros aditivos, la composición general y el equilibrio redox en la fusión
  • La cromita se utiliza para producir varios tonos de vasos verdes, utilizados principalmente para productos alimenticios
  • Además, ha habido algunos usos de la cromita para la coloración del vidrio arquitectónico, y es un pigmento común en las gafas automotrices
  • Como herramienta en la fabricación de vidrio, la cromita proporciona mejores tolerancias al calor, y en algunos casos puede comportarse de una manera similar a la de un flujo
Harina de cromomita en una olla

Referencias

1 I. C. Freestone y M. Bimson, J. Glass Stud., 2003, 45, 183

2o. Galdal y C. Apak, J. No-Cryst. Sólidos 1980, 38, 251

3 D. A. C. Manning, Materias primas para la industria del vidrio,en Introducción a los materiales industriales, Springer, Dordrecht, 1995

4 H.-B. Xu et al., Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 19

5 M. Vilasi et al., J. Am. Ceram. Soc., 2010, 93, 1347

6 W. Simpson y D. D. Myers, Glass Tech., 1978, 19, 82

7 H. N. Molinos, J. No-Cryst. Sólidos 1982, 47, 27

8 M. Silva et al., Photodermatol. Fotoinmuno. Fotomed,, 2009, 25, 181

9 Patente de los Estados Unidos US2974052, 1960, expiró

10 Patente de los Estados Unidos US3332790, 1964, expiró

11 R. Falcone et al., Rev. Geoquímica., 2011, 73, 113

12 Glass Manufacturing, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Columbus, 1976

13 Patente de los Estados Unidos US3291621, 1963, expiró

14 Patente de los Estados Unidos US2923636, 1959, expiró

15 C. R. Bamford, J. No-Cryst. Sólidos 1982, 47, 1

16 Patente de los Estados Unidos US20180305245A1, 2019, pendiente

17 G. E. Sakoske et al. Formación de presión de vidrio automotriz y desafíos para esmaltes de vidrio-cerámica, Ferro Corporation, Washington, PA, 2019

18 T. Yoneda et al., Sol-Gel Coatings Applied to Automotive Windows in Handbook of Sol-Gel Science and Technology, Springer, Cambridge, 2018

19 A. Hubert et al., Impacto de Redox en la fusión industrial de vidrio y la importancia del control de Redox en la 77a Conferencia sobre Problemasde Vidrio, Columbus, 2017

20 P. V. Chartii et al., Vidrio y Cerámica, 2011, 67, 307

21 W. J. Biermann y M. Heinrichs, enlatar. J. Chem., 1960, 38, 1449

22 H. Franz, J. No-Cryst. Sólidos 1980, 42, 529

23 M. Pelino et al., J. Eur. Ceram. Soc., 1999, 19, 2641