panneaux de verre flottant sévié

Farine de chrome dans la fabrication du verre


La farine de
chrome (également connue sous le nom de chromite, chromite de fer et dans sa notation chimique Cr2O3) est un pigment largement utilisé dans la production de verre de récipient, fournissant beaucoup de différentes teintes de vert selon l’état d’oxydation et la concentration de chromite employée. Le verre de récipient est simplement cela ; verre qui est utilisé pour contenir, avec des bouteilles étant l’exemple principal.

La chromite est utilisée comme pigment de verre depuis au moins les années 1840, une cinquantaine d’années après son utilisation comme glaçure pour la céramique. Son adoption large a été beaucoup plus récente en raison de l’exigence de tailles de mouture spécifiques et les températures dans la fabrication, en plus de techniques plus avancées de fabrication de verre(1). La coloration verte, cependant, est rarement simplement due à la chromite agissant seul. La gamme la plus complète de couleurs est atteinte lorsque la chromite est utilisée de concert avec un autre composé, comme la pyrite de fer. La manipulation des ratios de ces composés conduit à un complément complet de greens, de feuille morte tout au long de profond, vert émeraude, en raison de l’interaction de la Cr3 ' Cr6 et Fe2 ' Fe3 ' redox voies jouant un rôle. La chromite désigne tout minéral qui est un oxyde de chrome de fer. Dans ce cas, la chromite se réfère exclusivement au fer(ii) chromite, FeCr2O4. Pour la coloration vert émeraude classique, le chrome est présent exclusivement à l’état d’oxydation no 3, donnant lieu à des bandes d’absorption de la lumière à 450 et 650 nm(2).

bâtiment à l’aide de verre de plaque qui est fait en utilisant du chrome

Le verre à la chaux de soude est le type de verre le plus utilisé pour le
verre contenant,
et est principalement composé de silice, de carbonate de sodium (soda) et de carbonate de calcium (« chaux »), ainsi que de quantités beaucoup plus petites d’autres composés ajoutés pour la résistance, la durabilité et la couleur. Sa composante principale est la silice, les autres composants majeurs sont ajoutés comme «flux»; pour assurer un point de fusion plus bas et une viscosité plus facilement contrôlée, car le verre pur de type quartz (juste de la silice) peut être difficile à travailler.

En tant que minéral, la chromite se trouve naturellement dans les dépôts sous terre, les
approvisionnements
de la plus haute qualité se trouvent en Afrique australe(3). Il est important que lors de l’utilisation de la chromite, il est stocké et manipulé correctement. Dans certaines conditions, le chrome (iii) peut s’oxyder au chrome(vi), qui est très toxique pour l’homme, et n’a pas les mêmes caractéristiques de pigmentation du verre. Si une conversion excessive au chrome (vi) est remarquée, la conversion vers l’état d’oxydation du chrome (iii) sûr est possible en utilisant des moyens chimiques(4). La présence de chrome hexavalent donnera lieu à une coloration fortement jaune. Il est à noter que dans la fonte du verre de chaux de soude, le chrome est également présent dans l’état d’oxydation no 2, au moins temporairement(5).

Les verres oxydés et réduits se réfèrent à l’état global de redox dans la fonte qui est employé pour la production de verre. Les verres hautement oxydés conservent des niveaux élevés de sulfate, tandis que de faibles niveaux de sulfate sont conservés dans des verres réduits. Le nombre global de redox est un produit des niveaux de sulfure et des niveaux d’autres composants actifs de redox, y compris la chromite(6).

Verres à contenant verts pigmentés au chrome

Les verres oxydés ont des nombres négatifs de redox, des niveaux plus élevés de sulfate retenu et sont associés aux verres verts traditionnels, tels que les verts d’émeraude et de Géorgie. Le vert émeraude possède souvent un nombre de redox de -5 et est fait en utilisant environ 0.2 wt chromate et 0.5 wt oxydes de fer. Georgia green est une couleur de verre vert clair, presque bleu, associée aux bouteilles de Coca-Cola. Il prend cette couleur en raison du rapport de la chromite et de l’oxyde de fer fortement en faveur du fer, avec des quantités de chromite dans la région de 0.05 wt. Le verre vert de Géorgie a typiquement une longueur d’onde dominante à environ 555 nm(7). La feuille morte - ou feuille morte - est atteinte lorsque deux fois la quantité d’oxydes de fer est utilisée par rapport à la chromite.

bouteilles vertes fabriquées à l’aide de sable chromite

Les verres verts réduits ont des nombres positifs de redox, de faibles niveaux de sulfate retenu et sont associés au « verre UVA » - c’est-à-dire le verre jaune-vert qui est résistant au rayonnement ultraviolet. Ceci est particulièrement attrayant pour le verrier car les articles contenus dans le verre UVA sont protégés contre les radiations qui peuvent leur causer des dommages(8). Le verre UVA est d’une couleur beaucoup moins verte que le verre vert émeraude, ceci est dû à la présence de petites quantités de chrome hexavalent stabilisé, qui modère la couleur verte du chrome(iii) en utilisant son propre jaune. Aussi peu que 0,1 wt d’oxydes de chrome par masse est suffisant pour produire UVA vert(9,10), la contribution des oxydes de fer est de l’ordre de 0,4 à 1 wt(11).

Bouteilles de vin en verre vert vides

Utilisations du verre vert

Le verre de récipient est fait en refroidissant une fonte dans/au-dessus d’un moule, ou par l’intermédiaire d’un processus de verre-soufflage-type. Dans le processus de moulage, les processus de finition/annexion du cycle se produisent. Annealing élimine les points de stress dans le verre(12). Les verres verts de récipient sont populaires pour des raisons esthétiques et en raison de leur capacité d’empêcher des nourritures de se gâter en raison de la protection ultra-violette modérée offerte par la chromite dans le verre(13). Il convient toutefois de noter que des performances UV supérieures sont obtenues avec des lunettes de couleur ambre, mais une telle protection se fait au détriment de la façon d’inspecter visuellement le contenu. En plus du verre à conteneurs, la chromite est un colorant dans d’autres types de verre :

Verre plat (architectural)

Le verre de plaque de couleur verte n’a toujours pas été le plus désiré, bien qu’il ait été le premier produit en verre teinté à être fait. Les premières tentatives d’utiliser la chromite pour colorer le verre fondu, qui a ensuite été tirée de la fonte, sont rapportées dans la littérature sur les brevets(14). En considérant le processus moderne de fabrication du verre de plaque, par lequel le verre fondu est versé dans un jet mince sur l’étain fondu, la chromite peut être employée dans la fonte de la même manière que n’importe quel autre colorant, par exemple le cobalt. Les composés de fer sont les principaux colorants dans le verre vert contemporain de plaque. Il n’en demeure pas moins que l’utilisation principale du verre de couleur verte à l’extérieur de l’espace conteneur est dans le domaine de l’automobile.

Horizon de Londres

Lunettes automobiles

Le verre teinté est souvent utilisé dans les voitures pour réduire l’impact de la transmission solaire dans le véhicule, en plus de raisons esthétiques et de confidentialité. Le verre teinté tôt pour des applications de véhicule a exigé une nuance pâle de vert, et ainsi des oxydes de fer ont été employés(15). Des tentatives plus récentes utilisent la chromite comme composé pigmentant aux côtés d’oxydes de fer(16). En outre, le spinelle de chromite peut être employé de concert avec des composés de cuivre une fois appliqué aux verres d’automobile comme revêtement d’émail(17), ou même comme film sol-gel-type(18). Il est postulé que les mêmes qualités offertes au verre UVA par la présence complémentaire de chromite et d’oxydes de fer contribuent à l’inhibition du rayonnement solaire atteignant l’intérieur du véhicule.

Impacts sur la fabrication et l'utilisation

Des nombres de redox plus faibles sont associés à des procédés de fabrication plus efficaces, comme à basse température(19). Les verres seront plus faciles à affiner s’il y a moins de sulfate. La tolérance à la chaleur du verre est importante; les verres à conteneurs n’ont pas besoin de se briser ou de se fissurer sur le refroidissement et doivent être en mesure de résister à une quantité modérée de chaleur lorsqu’ils ont complètement refroidi et dans l’utilisation conventionnelle. Il a été démontré que les verres de meilleure qualité ont souvent une teneur légèrement plus élevée en oxyde de fer - dans le cas du verre vert, cet oxyde peut être fourni par la chromite(20). Il est impératif qu’aucune trace d’acide sulfurique ne soit présente pendant le processus de fabrication, car il peut rapidement causer la formation de composés mal solubles de sulfate de chrome, qui inhiberont sévèrement la production de verre(21).

bouteilles en cours de fait

En général, la dégradation des plaques et des verres plats est un produit de son environnement (météorisation) et le verre de récipient son contenu. Comme pendant le processus de fabrication, les acides hautement concentrés ne doivent pas être stockés dans du verre contenant de couleur chromite(22). Dans un type d’application pseudo-flux différent, lorsque de petites quantités de chromite ont été ajoutées à la fonte du verre riche en fer, il a été constaté que le taux de formation de spinelles est augmenté, conduisant à un degré accru de cristallisation dans le verre fini(23).

Sommaire

  • Le verre de couleur verte est obtenu en utilisant la chromite de fer comme colorant primaire. La couleur globale est déterminée par l’identité d’autres additifs, la composition globale et l’équilibre redox dans la fonte
  • Chromite est utilisé pour produire diverses nuances de verres à conteneurs verts, principalement utilisé pour les denrées alimentaires
  • En outre, il ya eu quelques utilisations de la chromite pour la coloration du verre architectural, et c’est un pigment commun dans les verres automobiles
  • En tant qu’outil dans la fabrication de verre, la chromite fournit de meilleures tolérances à la chaleur, et dans certains cas peut se comporter d’une manière flux-like
Farine de chromite dans un pot

Références

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

2 . . . . . . . . . . Gildal et C. Apak, J. Non-Cryst. Solides 1980, 38, 251

3 D. A. C. Manning, Matières premières pour l’industrie du verre, introduction aux matériaux industriels, Springer, Dordrecht, 1995

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

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

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

7 H. N. Mills, J. Non-Cryst. Solides 1982, 47, 27

8 M. Silva et coll., Photodermatol. Photoimmunol. Photomed,, 2009, 25, 181

9 Brevet américain US2974052, 1960, expiré

10 US Patent US3332790, 1964, expiré

11 R. Falcone et coll., révérend Mineralol. Géochem., 2011, 73, 113

12 Glass Manufacturing, United States Environmental Protection Agency, Columbus, 1976

13 Brevet américain US3291621, 1963, expiré

14 Brevet américain US2923636, 1959, expiré

15 C. R. Bamford, J. Non-Cryst. Solides 1982, 47, 1

16 US Patent US20180305245A1, 2019, en attente

17 G. E. Sakoske et al. Formation de pression du verre automobile et défis pour les émaux de verre-céramique, Ferro Corporation, Washington, Pennsylvanie, 2019

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

19 A. Hubert et coll., Impact of Redox in Industrial Glass Melting and Importance of Redox Control in 77th Conference on Glass Problems, Columbus, 2017

20 P. V. Chartii et coll., Verre et Céramique, 2011, 67, 307

21 W. J. Biermann et M. Heinrichs, Anc. J. Chem., 1960, 38, 1449

22 H. Franz, J. Non-Cryst. Solides en 1980, 42, 529

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