différentes bouteilles en verre de couleur

Le numéro de lot redox et son impact sur la fabrication du verre coloré

Introduction au numéro de lot redox

Le numéro de redox de lot est un outil utilisé par les verriers comme une indication des propriétés du verre final formé, ainsi que dans la fonte elle-même. Le verre est composé principalement de silice, généralement dérivée du sable, aux côtés du carbonate de sodium et de l'oxyde de calcium, ainsi que d'une foule d'autres additifs selon le verre désiré. Redox dans ce cas se réfère à l'équilibre des effets oxydatifs et réducteurs accordés au verre par les composants ajoutés, et un nombre peut être atteint en fonction de ces composants. Le nombre de redox de lot est calculé par les verriers pour chaque lot produit, et le résultat du calcul est utile pour prédire les résultats tels que la couleur. Le nombre de redox de lot est donc une mesure empirique de l'état de réduction de l'oxydation de chaque lot.

processus de fabrication du verre
bouteilles sur la ligne de production

Calcul du numéro redox du lot

Les nombres de redox de lot sont calculés sur la base d'un processus de verrerie utilisant 2mt de sable. Les effets contributifs des additifs de verre communs sont bien connus(1), et il s'agit donc simplement de prendre ces nombres, de se multiplier par la masse et d'additionner les valeurs. Le sable ne contribue pas au calcul du redox. Un exemple de recette simple en verre de silex est le suivant:

Un lot de verre en silex nécessitera les composants suivants :

Sable 2 000 kg
Slag 100 kg
Sel (NaSO4) 20 kg

Par conséquent, le nombre de redox peut être calculé :
Slag 100 kg x -0,092 - -9,20
Sel 20 kg x 0,670 x 13,40
-9,20 euros 13,40 euros 4,20

Dans cet exemple, les scories fournissent à la fois de l'oxyde de calcium et du carbonate de sodium

Une fonte de verre dans ce cas aura un numéro de redox de lot de 4.20. Pour une fonte plus complexe, le calcul sera plus long, en tenant compte de tous les additifs.

Comment moduler le numéro Redox du lot?

La couleur dans les verres est basée sur les interactions des additifs et des équilibres redox. Les additifs en verre typiques sont des composés métalliques de transition qui, dans différents états d'oxydation, ont des valences différentes. L'ion spécifique responsable d'une couleur est appelé chromophore. Les valences des composés dépendent de la quantité d'oxygène dans la fonte, de l'équilibre global des additifs, de l'état redox et de la température(2).

Le chromophore le plus important dans la verrerie est le chromophore ambré, qui est produit par l'interaction des ions de fer et de soufre. Les sulfates sont ajoutés à la plupart des verres, en enlevant les bulles et les graines dans la fonte faisant pour un produit final supérieur, habituellement ajouté sous forme de sulfate de sodium. Dans le verre, le sulfate peut être réduit en sulfure, ce qui se produit à faible nombre de redox par lots. Le chromophore ambré est formé en présence des ions Fe3 et S2- (sulfure) et a une coloration intensément brune(3).

Tout simplement, le numéro redox lot peut être modifié par l'ajout de composants oxydants ou de réduction. L'ajout de la réduction des espèces entraînera une diminution du nombre de redox de lot, tandis que l'ajout d'une espèce oxydante entraînera l'augmentation du nombre de redox de lot. La mesure du nombre de redox de lot observé est indirecte - le verrier établira le rapport du fer réduit (Fe2)au fer global dans le cas d'un produit en verre fini, par des moyens optiques(4). Un rapport F2 par rapport à l'ensemble plus élevé indique plus de verres réduits. Le rapport de fer est utilisé comme fer est présent dans pratiquement tous les verres. Dans le cas d'une fonte, la pression partielle du gaz d'oxygène est mesurée, avec des valeurs plus élevées indicatifd d'un verre plus oxydé(5).

bouteilles en verre vert

Pour le verre de récipient ou de plaque typique, les valeurs de redox de lot suivantes et les rapports de fer sont associés aux couleurs (6) :

Numéro redox de lotRatiototal Fe2 /FeCouleur de verre
0 à 50,10 à 0,40Flint (incolore)
-15 à 00,40 à 0,65Vert émeraude
-25 à -150,60 à 0,75Feuille morte
-30 à -200,75 à 0,90Amber

On peut donc dire qu'un nombre de redox de lot inférieur correspond à un verre réduit. Les nombres de redox de plus de 5 sont associés au verre de silex oxydé et aux colorations vertes UVA.

Quels sont les effets de nos produits?

Comme nous l'avons mentionné, les additifs au verre sont largement classés dans ceux qui causent un effet oxydant ou un effet de réduction, déplaçant ainsi la position du nombre de redox. Le fer est présent dans pratiquement tous les verres, de sorte que les contributions redox ci-dessous doivent être considérés en plus de fer lors de l'engagement dans un processus de fabrication de verre. Des nombres individuels de redox pour les additifs ont été déterminés expérimentalement.

Gamme de couleur de bouteille de bière vide

Oxyde de fer rouge

Le fer est l'un des additifs les plus courants dans le verre, étant présent dans la grande majorité des verres produits commercialement. L'oxyde de fer rouge (Fe2O3, oxyde de fer (iii), oxyde ferrique) est l'un des oxydes de fer les plus largement utilisés et disponibles, fournissant Fe3 . Comme oxyde, l'ajout de celui-ci poussera la position d'équilibre vers le côté oxydatif. En tant que colorant à part entière, l'oxyde de fer fournissant Fe3 'donne lieu à une coloration bleu-vert. L'oxyde de fer a été ajouté à la fonte du verre pendant de nombreuses années en raison de sa capacité à mieux conduire la chaleur, réduisant ainsi la quantité de chauffage externe nécessite(7). Lorsqu'elle est réduite à Fe2,une coloration bleue est observée.

Pyrite de fer (FeS2, disulfure de fer (ii))

Pyrite est connu comme un agent de réduction dans l'espace de verrerie, avec un nombre redox de -1,20. Par conséquent, l'ajout de pyrite poussera la position de l'équilibre redox en faveur d'un verre réduit, et un nombre de redox lot inférieur. La pyrite est donc ajoutée pour produire une coloration ambrée(8), utile pour les verres contenant des aliments périssables.

bouteilles en verre de couleur ambre
bouteilles en verre de couleur ambre

Farine de chrome

La voie redox qui est cruciale avec la chromite est entre le chrome réduit (ii), le chrome standard (iii) et le chrome hautement oxydé(vi). Il est à noter qu'indépendamment du nombre global de redox de lot, le caractère vert associé au chrome (iii) prévaudra - il est seulement modulé par l'environnement global de redox. Dans la chromite, le chrome (iii) est l'état d'oxydation du métal.

Dans un environnement réducteur, l'équilibre redox pour la farine de chrome sera en faveur de Cr2 et Cr3, tandis que dans un environnement oxydant, il sera en faveur de Cr3 et Cr6. L'effet du plus bas nombre d'oxydation chrome est minime, et il est considéré comme un état d'oxydation plus rare. D'autre part, Cr6 mD fournit une coloration jaune qui, de concert avec Cr3, « diluera » la couleur verte sur un ton un peu plus feutré. Il est à noter que le Cr6 est nocif pour l'homme, il faut donc prendre soin de minimiser l'exposition aux gaz provenant de la fonte.

Bouteilles de vin en verre vert vides

L'interaction du chrome et du chrome ambré est particulièrement intéressante, car les couleurs telles que les olives et les verts antiques nécessitent à la fois les chromophores d'ambre et de chrome - la modulation de l'ambre par le chrome provoque un changement dans la position de la l'équilibre entre le chrome et le fer, et la couleur proportionnelle change. C'est cet effet qui donne lieu à des lunettes de couleur brun-vert comme feuille morte ou vert feuilletémérité.

Anthracite / Carbone

En tant que composé organique, l'anthracite n'a aucun effet sur la coloration du verre en soi, mais déplacera la position de l'équilibre redox vers un environnement réducteur. Pure carbone et anthracite (85 carbone) ont des nombres de redox de -6.70 et -5.70 respectivement. Comme un environnement de réduction est préféré en termes de processus de fabrication, l'anthracite est largement ajouté pour cette raison.

Oxyde de cuivre

Dans des conditions d'oxydage, l'oxyde de cuivre restera sous forme d'oxyde cupique (CuO). L'ion Cu2a a une coloration vert-bleu. Dans des conditions de réduction, cependant, l'oxyde de cuivre sera présent sous forme d'oxyde cuprous (Cu2O), avec l'ion Cu-ion responsable d'une couleur intensément rouge. Par conséquent, pour obtenir le verre rouge ou noir, il est impératif de maintenir des conditions de réduction par l'intermédiaire d'un nombre de redox de lot bas. Le verre noir est réalisé avec une grève de la chaleur et plus peut être lu ici.

bouteille en verre noir

Impacts du numéro Redox de lot sur le processus de fabrication

Selon la recherche, la température du four peut s'épuiser à une valeur redox plus faible, en plus d'être plus facile à affiner(9). À un redox inférieur, il y aura moins de bulles dans la fonte en raison de moins d'oxygène dans la fonte. Comme pour toute réaction chimique, les équilibres redox dépendent de la température. Dans la verrerie moderne, où les préoccupations environnementales sont primordiales, le cullet de verre recyclé peut être utilisé. Souvent, ce verre est utilisé sous forme de poudre et ajouté à la fonte, mais il convient de noter que comme cullet contient souvent des quantités modérées de matières organiques, l'ajout peut provoquer une réduction du nombre de redox lot - qui peut ou ne peut pas être désiré.

collection de vieilles bouteilles en verre, tonées
fonds de bouteilles en verre colorées assorties

Sommaire

  • Le numéro redox de lot est un outil utilisé par les verriers pour prédire et surveiller les propriétés d'un verre
  • La modulation du nombre de redox permet différentes couleurs de verre, dérivées de l'équilibre des nombreux chromophores à base de métal de transition
  • Le nombre de lots redox peut être calculé à l'avance pour prédire les résultats d'un processus de verre, et est calculé tout au long du processus pour surveiller les progrès
  • En plus de la composition et de l'équilibre redox, la température, l'utilisation d'agents d'affinage ont un impact sur le verre final global
Carbone
copper_oxide
poudre d'oxyde de fer rouge dans un pot
Poudre de pyrites dans un pot
Farine de chromite dans un pot

Références

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

2 W. Thiemsorn et coll., Bull. Mater. Sci., 2007, 30, 487

3 N. F. Zhernovaya et coll., Glass and Ceramics, 2000, 57, 84

4 C. R. Bamford, Colour Generation and Control in Glass, Glass Science and Technology, Elsevier, Amsterdam, 1977

5 P. Laimbock, In-line Oxygen Sensors for the Glass Melt and the Tin Bath, dans GlassTrend, Eindhoven, 2013

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

7 R. L. Shute et A. E. Badger J. Am. Ceram. Soc., 1942, 25, 355

8 W. A. Weyl, Coloured Glasses, Society of Glass Technology, Sheffield, 1951

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