Uso de pó de vidro em ambientes industriais

Uso de pós de vidro em ambientes industriais: uma breve visão geral

O pó de vidro é um material com uma infinidade de usos e está disponível em quase qualquer tamanho de moagem imaginável da Pegmatite Africana - o parceiro industrial ideal para uma ampla gama de minerais. refratários e agregados.

Introdução ao Vidro e Pós de Vidro

Muito simplesmente, um pó de vidro (vidro moído) é um pó de um vidro. Mas suas propriedades não decorrem principalmente do tamanho da moagem, mas da identidade do vidro em si. Um vidro é um material sólido, não cristalino, tipicamente transparente, amorfo (o que significa que não tem ordem de longo alcance na fase sólida). O tipo mais comum de vidro é o vidro de cal sódica, que compreende principalmente dióxido de silício, SiO₂, juntamente com óxidos de sódio, óxido de cálcio e alumina. Outros componentes menores são adicionados para ajustar as propriedades para tornar o soda-lima adequado para uso como vidro de placa ou como vidro de recipiente.

Uma fonte em grande escala de vidro moído provém de fluxos de resíduos urbanos/reciclagem. O vidro, normalmente garrafas, é recolhido e finamente moído para posterior utilização/processamento. A maior parte do vidro em pó provém de vidro usado e depois moído. Isto torna-o um recurso mais rentável. Existem, no entanto, produtos de vidro moído que são obtidos a partir de vidro novo ou recipientes de vidro rejeitado para aplicações especializadas. Estima-se que mais de 200 milhões de toneladas de resíduos de vidro são enviados anualmente para aterros (1).

mixed concrete pouring at construction site

Pós de Vidro e Betão

O betão é um material de construção omnipresente, essencial na construção de estradas, pontes e edifícios. É composto por agregado que é misturado com um cimento, tipicamente cimento Portland, e água. O cimento e a água reagem juntos formando uma matriz dura que se liga entre si e o agregado, produzindo uma substância semelhante a pedra.

Aditivos podem ser incluídos no chorume de concreto para alterar as propriedades da laje de concreto final. Podem ser adicionados plastificantes, por exemplo, que retardam a cura do betão reduzindo a relação água/cimento necessária, mas mantêm a sua capacidade de escoamento. A resistência do betão acabado é maior com um menor teor de água.

Outra classe de compostos comumente usados como aditivos de concreto são os pozolanos - um grupo de siliciosos e/ou aluminosos que podem reagir na água com hidróxido de cálcio (presente no cimento) para produzir um material com propriedades semelhantes ao concreto. A inclusão de pozolanos na mistura de concreto tem inúmeros benefícios; Os pozolanos podem ser mais baratos do que o cimento Portland e, assim, reduzir o encargo financeiro geral na fabricação, eles podem aumentar a durabilidade e longevidade do concreto acabado, e sua inclusão às custas de parte do cimento Portland reduz a carga ambiental associada à produção de cimento Portland em primeira instância. Deve-se notar, no entanto, que os pozolanos não podem substituir todo o cimento Portland em uma mistura de concreto devido à necessidade de hidróxido de cálcio. Além disso, alguns pozolanos podem oferecer ao concreto acabado outras propriedades, como resistência geral e maior resistência a compostos nocivos. O vidro de cal sodada moído, como um silicato, pode ser usado como um pozolano.

Concrete pouring during commercial concreting floors road in site

Porquê Vidro Moído?

A investigação sobre a incorporação de vidro fosco remonta a décadas, embora os exemplos mais relevantes sejam bastante recentes - estimulados pelo desejo crescente de diminuir os custos e aumentar a estabilidade ambiental(2). Estudos contemporâneos têm demonstrado que a inclusão de resíduos de vidro com tamanho de moagem inferior a 10 mícrons pode ser adicionada ao concreto sem causar qualquer prejuízo à resistência ou durabilidade(3). Um estudo de 2006 analisou o desempenho de misturas de tamanhos de moagem (em pó/10 mícrons, moagem fina/0,15-0,3 mm e moagem grossa/0,6-2,36 mm) em uma mistura de cimento de 40 MPa. Os autores relataram bom desempenho com todas as misturas atingindo ou excedendo o limiar de força de 40 MPa em 404 dias(4). Eles observam que a resistência e a durabilidade do concreto resultante aumentaram, em alguns casos, para 55 MPa, apesar da redução geral do teor de cimento em 30% - atribuindo isso a uma poderosa reação pozolânica entre o vidro fosco e o cimento.

Stack of precast reinforced concrete slabs in a house-building factory workshop

O uso de vidro de cal sodada moída para substituir parte do cimento e do agregado em uma mistura, não são observadas propriedades prejudiciais na produção de concreto autonivelante(5), embora o autor tenha notado que uma mudança moderada na relação água/pó foi necessária na aplicação de autonivelamento, com uma incorporação global de até 104 kg/m³ de vidro moído.

Outros estudos destacaram o "ponto ideal" de 30% da inclusão de vidro moído em misturas de concreto. Em comparação com o concreto feito com cinzas volantes, o concreto contendo vidro fosco tinha propriedades de resistência comparáveis a longo prazo; Em comparação com o concreto feito com pozolanos naturais, era mais forte. Além disso, nenhuma degradação foi observada após sete anos imersos em água, e a resistência ao ataque de cloreto e sulfato foi melhorada em relação às cinzas volantes e aos pozolanos naturais(6).

Destaca-se o conceito de utilização de pozolanos misturados no fabrico de betão - ou seja, onde o vidro pode ser utilizado como pozolano juntamente com outros materiais contemporâneos - o que pode resultar em propriedades melhoradas a longo prazo. Pesquisas descobriram que o uso de pozolana misturada pode produzir um concreto que, após 28 dias, é muito mais resistente ao ataque de sulfato e à penetração de íons cloreto(7).

Outra razão pela qual o vidro moído é usado no cimento é que é um material vítreo. Tais materiais são conhecidos pela ausência de defeitos estruturais e são estes que levam a uma interação de qualidade superior entre o cimento e o aglutinante(8). Sem estruturas cristalinas tão bem definidas e puras, o vidro moído não seria, sem dúvida, um concorrente neste campo.

Considerações sobre o uso de vidro moído em concreto

No geral, os benefícios da utilização do vidro fosco como aditivo no betão superam largamente as desvantagens. Foi relatado que a atividade pozolânica global do vidro esmerilado está relacionada com o grau de hidratação do pó de vidro, portanto, dependente da sua área de superfície. Em geral, um tamanho de moagem mais fino é preferível para obter uma substituição ideal do cimento(9). A maior limitação ao uso do vidro moído na fabricação do concreto é a reação alcalina-sílica, que é quando os íons hidroxila no cimento podem reagir com a sílica do vidro na presença de água(10). O efeito líquido desta reação é a produção de um gel in situ que absorve água e depois incha, causando fissuras no concreto. O gel é formado devido a uma interface fraca que permite a reação(11). A mitigação é feita através do uso de tamanhos adequados de moagem de vidro(12), da vedação do concreto à medida que cura para eliminar a água atmosférica e do uso de pequenas quantidades de outros pozolanos naturais ou cinzas volantes(13). Por conseguinte, regra geral, o vidro moído não deve ser utilizado rotineiramente como agregado(14). Nota-se que a reação alcalina-sílica também pode ser observada no concreto convencional(15). Vidro fosco pode ser utilizado como agregado se assim o desejar, no entanto, mesmo com um tamanho de moagem de 850 μm, a trabalhabilidade do betão não é tão boa, mas pode ser remediada pela adição de mais pasta, embora isso possa levar a uma modulação indesejada das propriedades de densidade e resistência(16).

No caso do cimento alumina, os efeitos da adição de vidro esmerilado não são tão claros como para o cimento convencional. A investigação demonstrou que a inclusão de vidro fosco no cimento de alumina pode levar a um aumento da densidade, ao mesmo tempo que aumenta a resistência da pasta e da argamassa - mas tais benefícios perdem-se a altas temperaturas - e, em geral, a adição de vidro depende muito da própria alumina(17). Como o cimento altamente aluminoso é mais voltado para aplicações especializadas e, portanto, é menos usado do que o cimento convencional, a necessidade de vidro moído por razões econômicas e ambientais é menos pronunciada.

the builders poured concrete at the construction site

Pós de vidro em cimento refratário

O cimento refratário é um cimento concebido para funcionar a temperaturas mais elevadas do que o cimento normal. Para tal, parte ou a totalidade do cimento Portland é substituída por vários aluminatos de cálcio(18), sendo um aditivo popular o casco de vidro moído. Além dos efeitos pozolânicos já mencionados, a adição de vidro fosco ao cimento refratário reduz a expansão alcalina-sílica(19). A investigação mostra que, quando o vidro moído foi pulverizado com menos de 75 μm de diâmetro, o fenómeno de expansão alcalina-sílica não ocorre e, ao mesmo tempo, a durabilidade do betão refratário final é melhorada. Além disso, a utilização de mais vidro reciclado na produção conduz a custos ambientais mais baixos(20). A investigação demonstrou também que o aumento do teor de vidro está associado a aumentos tanto da densidade aparente como das propriedades de resistência à compressão, enquanto o encolhimento durante a cozedura diminuiu(21) quando se utilizou cimento refratário para formar tijolos refratários.

Misturas de cal de carboneto

O betão e o asfalto são dois materiais muitas vezes considerados lado a lado, especialmente quando se trata de estradas, caminhos e ciclovias. Não surpreende que estejam a ser desenvolvidos análogos de betão que utilizem asfalto reciclado recuperado de antigas instalações rodoviárias. Este asfalto velho é moído e misturado com cal de carboneto (um subproduto da produção de acetileno) como agente cimentador. Tal como acontece com o betão, é necessário um pozolano, que se apresenta sob a forma de vidro moído(22). A utilização destes três materiais reciclados/subprodutos em conjunto pode produzir um material suficientemente duro e duradouro semelhante ao betão - tudo de uma forma amiga do ambiente. Em ensaios semelhantes com diferentes materiais agregados, mas com a mesma cal de metal duro e vidro fosco instalados, verificou-se que a durabilidade global era função da quantidade de vidro esmerilado adicionada(23). Maiores quantidades de vidro fosco presentes (até 30% em peso) levam a menores índices de porosidade/teor de aglutinante e, portanto, maiores valores de resistência à compressão em vários tipos e distribuições de moagem.

Outros aspetos concretos

Apesar de modular a densidade geral do concreto quando empregado como aglutinante e/ou pozolano, o vidro fosco pode ser altamente eficaz na produção de concreto aerado, um material popular onde o suporte de peso significativo não está disponível ou não é necessário. O vidro fosco numa área de superfície entre 500 e 550 m² ^kg-1 é o ideal, e o tamanho geral das partículas não deve ser incrivelmente baixo, pois isso aumenta a densidade e pode levar a perdas de resistência neste tipo de concreto devido às divisórias interporos serem fracas(24).

Para aumentar ainda mais o desempenho ambiental, o vidro fosco pode substituir a maior parte da areia de sílica utilizada quando o próprio cimento é substituído em grande quantidade por escórias de forno de arco elétrico(25). O material final foi comparado favoravelmente com o concreto convencional.

Esmaltes e Cerâmicas

Devido ao seu bom desempenho a temperaturas moderadas a altas, os pós de vidro encontram uso na fabricação de cerâmicas e esmaltes:

Esmaltes

Os esmaltes cerâmicos são um uso comum de compostos do tipo sílica. Um esmalte é composto por um plástico, um não plástico e aditivos. Dos não-plásticos, trata-se principalmente de óxidos, juntamente com pigmentos, feldspato e fritas, que também são do tipo sílica(26). Um estudo recente demonstrou a utilização de
vidro reciclado em pó
(neste caso, de televisores de tubos de raios catódicos) como componente de óxido em esmaltes cerâmicos(27). Os esmaltes cerâmicos produzidos tiveram um desempenho igual ao dos seus homólogos comerciais, com uma resistência química particularmente boa; além de proporcionar um uso bem-vindo para resíduos de vidro.

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Cerâmica

A produção em larga escala de
cerâmica
é um campo que está constantemente à procura de formas de utilizar menos minerais mais caros, como o caulim, e, juntamente com o caulim e a argila, o vidro moído pode ser adicionado a uma mistura cerâmica, tornando a cerâmica mais tolerante a mudanças rápidas de temperatura ou choque(28) - ao mesmo tempo que tem uma resistência química superior(29). A cerâmica wollastonite sintética pode ser formada quando se combinam caulino, argila e vidro moído - e isso pode ser usado em uma aplicação de isolamento de lã de rocha(30).

O grés é conhecido pela sua capacidade de ser tolerante a níveis elevados de vidro moído, com dureza e resistência à flexão comparáveis à porcelana, enquanto sinterização a 1.000 °C. Tal como o efeito pozolânico nos cimentos, os investigadores propuseram que o aumento da força se deve a uma rede mais bem desenvolvida de interações entre o vidro e a argila ao longo de várias fases cristalinas(31). Os frits podem ser produzidos com vidro moído reciclado e, quando combinados com lamas cerâmicas, podem formar-se engobes que podem depois ser utilizados em produtos de telha altamente estáveis termicamente(32). Engobes são camadas de materiais à base de argila depositados na superfície de uma cerâmica para melhorar as propriedades mecânicas.

Uma vantagem fundamental e distinta do uso de vidro moído na produção de cerâmica é que ele se comporta como um fluxo no processo de fabricação, reduzindo a temperatura de fusão e, portanto, a necessidade de energia necessária - representando economia de custos e tempo.

Materiais refratários

Um material refratário é um composto que é resistente ao calor, mas também tem fortes propriedades termoquímicas e mecânicas, e altos níveis de resistência à corrosão. Por esta razão, materiais refratários são utilizados para forrar reatores em processos industriais, especialmente na produção de ferro e aço - este setor sozinho utiliza 70% da oferta global de refratários(33). Os refratários são tipicamente materiais óxidos e enquadram-se em classificações baseadas na sua composição; ácido, básico, óxido-carbono ou «especializado». No caso do vidro moído, atua como fonte de material refratário ácido, devido ao seu principal componente ser a sílica. Um material refratário normalmente será formado em uma forma de bloco, vários dos quais podem ser ligados entre si usando um aglutinante. Devido ao seu elevado ponto de fusão, a sílica é o mais popular dos óxidos refratários(34). Materiais como sílica, alumina e outros ocorrem naturalmente. O vidro moído é uma boa fonte de sílica, mas o vidro moído também contém outros componentes. Os materiais refratários são produzidos por um processo sequencial: processamento da matéria-prima, formação e, em seguida, queima. O tijolo de fogo é um excelente exemplo de um material refratário contendo sílica, conhecido por sua resistência incrivelmente alta à temperatura, é encontrado em fornos siderúrgicos e contém vidro moído(35) como um componente principal.

Vidro moído e melhoramento do solo

Estudos demonstraram que a introdução de vidro moído de 75 mícrons em solos argilosos pode aumentar as propriedades de engenharia do solo. Por exemplo, a incorporação de 12% de vidro de cal sodada moída diminuiu cinco vezes os valores de inchaço, aumentou a California Bearing Ratio (uma medida de dureza usada para determinar a adequação do subgrau antes da colocação da estrada) e aumentou sua resistência à compressão(36). Tal adição poderia reduzir a necessidade de reforçar fortemente as subclasses rodoviárias ou ferroviárias em áreas com solos argilosos. A adição de vidro fosco é adicionada devido à sua natureza como um material sem coesão, e em um estudo diminuiu a compressibilidade do solo argiloso em mais de 50%(37). A melhoria do solo através da adição de vidro esmerilado pode evitar danos à construção durante períodos de mudança sazonal de temperatura(38).

Pó de vidro em cenários fibrosos

Um caso de uso muitas vezes negligenciado para o vidro moído é um material de origem primordial para o fabrico de materiais do tipo fibra de vidro. Não só o uso de vidro moído e/ou casco fornece uma fonte barata e confiável de material de base de vidro, mas os resultados do uso de vidro moído são os mesmos como se um fabricante fizesse o produto a partir de areia fresca ou sílica. Os produtos de fibra de vidro são normalmente utilizados para isolamento.

Lã Mineral

A lã mineral - também conhecida como lã de rocha - é um produto fibroso formado a partir da fusão de materiais naturais e uma fonte de sílica que é então submetida a fiação e secagem (semelhante ao fio dental doce) até que um material semelhante à lã seja formado. Dos materiais naturais, são utilizadas rochas ígneas, como basalto, e rochas sedimentares, como calcário. Além disso, outros materiais com pontos de fusão mais baixos são usados em quantidades de até 30% em peso, sendo o material restante resinas (como aglutinantes) e óleo mineral para evitar aderência.

Destes «outros» materiais, um aditivo cada vez mais comum é o pó de vidro esmerilado(39), que está frequentemente associado à redução da temperatura global de fusão necessária, ou seja, comporta-se como um fluxo(40). Não só a utilização de vidro fosco reduz as despesas - tanto através da redução dos custos de material como de aquecimento - como os relatórios sugerem que a adição de vidro esmerilado pode conduzir a uma dimensão acrescida de resistência, o que dá origem a uma maior durabilidade ao longo do tempo(41).

Fibra de vidro

A fibra de vidro é formada pegando um vidro líquido que foi produzido pelo aquecimento da areia a aproximadamente 1.500 °C e, em seguida, forçando-o através de uma malha fina por força centrípeta, momento em que o vidro fundido esfria e solidifica em contato com o ar. Os aglutinantes são adicionados ao aglomerado, colam os fios de fibra e aumentam a resistência mecânica. Podem obter-se diâmetros de fibras mais finos utilizando velocidades de fiação mais rápidas(42) com as fibras e ligantes resultantes aquecidos para induzir a polimerização, retendo o ar no processo. As composições típicas suportam cerca de 70% em peso de fibras de vidro, ca. 0,5 a 0,7% de resina e 0,5% de óleo mineral para evitar aderência. O balanço de massas é completado por quartzo e calcário(43). A fibra de vidro moderna produzida com casco de vidro fosco tem um desempenho igual ao da sílica fresca(44) - mas com a vantagem adicional de desviar os resíduos dos aterros e exigir menos consumo de energia para aquecer(45). Isto não se deve apenas à temperatura de fusão mais baixa do casco mas também à sua capacidade de se comportar como um fluxo. As fibras isotrópicas são produzidas com fibra de vidro produzida a partir de casco de vidro, ou seja, as características de expansão térmica são as mesmas em todas as direções(46). A resistência mecânica é independente da temperatura.

Iron molten metal is poured in sand mold;focus at sand mold

Outras Aplicações

Tanto o vidro em pó como o pó de calcário são resíduos de vários processos industriais em todo o mundo, e a necessidade de lidar com eles sem enviá-los para aterros é uma prioridade. Um estudo mostra que, com a adição de uma pequena quantidade de cimento Portland, juntamente com pó de calcário e vidro em pó pode produzir um novo tipo de tijolo. O novo tijolo é fabricável sem a necessidade de queima em um forno, e exibe propriedades semelhantes aos tijolos de concreto contemporâneos. Observa-se que o vidro em pó aumenta a resistência à compressão/flexão, a resistência à abrasão e a condutividade térmica do tijolo - mantendo a competitividade econômica(47). Na fabricação tradicional de tijolos tipo argila, a adição de 2,5 a 10% em massa de vidro moído de 20 mícrons demonstrou diminuir as perdas de fabricação e aumentar a resistência de 20 MPa para 29 MPa - devido ao vidro moído preencher os poros internos da argila com uma fase vítrea durante a queima(48).

Da produção de chapa de vidro, por exemplo, para uso em janelas, o pó de vidro é um resíduo. Pesquisadores no Brasil demonstraram a capacidade deste vidro moído de ser usado em produtos de isolamento, como um enchimento aprimorado em produtos do tipo fibra de vidro(49). Outras aplicações como componente no armazenamento de calor foram investigadas, com vidro fosco de 150 mícrons sendo usado como suporte para n-octadieno em um isolador do tipo material de mudança de fase impregnado a vácuo dentro de paredes de edifícios. O uso de vidro fosco evitou o vazamento do n-octadieno durante a transição de fase(50).

Resin Coated Sand products for casting process

Cores made from Resin Coated Sand for Iron Casting product

Resumo

O vidro moído é uma fonte primordial de sílica, que por acaso é incrivelmente barata, uma vez que é frequentemente obtida como um resíduo - e é amplamente utilizada
Ele encontrou uso na produção de concreto, substituindo parte do cimento, por sua vez, tornando a fabricação menos prejudicial ao meio ambiente e proporcionando ao concreto propriedades melhoradas
A utilização de vidro esmerilado pode ser útil para o ambiente e pode aumentar a resistência ao ataque químico
O vidro moído é um aditivo atrativo na produção de cimento refratário, esmaltes para cerâmica e até mesmo cerâmica em si
Os materiais de vidro fibroso podem usar quantidades moderadas a grandes de casco em vez de material virgem, oferecendo economias de custos substanciais com algum desempenho aprimorado
Outras utilizações incluem em aplicações refratárias (onde a sua elevada tolerância à temperatura é benéfica) em esmaltes, no isolamento de edifícios, melhoramento de solos e no fabrico de tijolos
Muitas das suas aplicações são particularmente benéficas, uma vez que podem desviar grandes quantidades de vidro dos aterros

O casco de vidro moído é um produto atraente para uma variedade de usos, e está disponível na
African Pegmatite
, um fornecedor líder de produtos de vidro, refratários, minerais e muito mais. O casco de vidro fosco oferece a mais ampla aplicabilidade, muitas vezes igualando ou superando o desempenho da sílica virgem ou do vidro fresco em uma variedade de casos de uso, sendo uma alternativa ambientalmente sustentável.

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