processos quÍmicos industriais i vidro. histÓrico sua descoberta é obscura. há dúvidas sobre a...

PROCESSOS QUÍMICOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS IINDUSTRIAIS I

VIDROVIDRO

HISTÓRICOHISTÓRICO

• Sua descoberta é obscura. Há dúvidas sobre a Sua descoberta é obscura. Há dúvidas sobre a descoberta por egípcios ou fenícios. descoberta por egípcios ou fenícios.

• Navegadores fenícios teriam feito uma fogueira na Navegadores fenícios teriam feito uma fogueira na praia e a areia e calcário combinaram produzindo praia e a areia e calcário combinaram produzindo vidro.vidro.

• Por volta de 6000 ou 5000 a.C., os egípcios fabricavam Por volta de 6000 ou 5000 a.C., os egípcios fabricavam gemas de vidro.gemas de vidro.

• Acredita-se que por volta de 1400 a.C. os egípcios já Acredita-se que por volta de 1400 a.C. os egípcios já sopravam o vidro.sopravam o vidro.

• O vidro de janela é mencionado no ano 290 d.C.O vidro de janela é mencionado no ano 290 d.C.

• Na era medieval, Veneza era o grande centro produtor Na era medieval, Veneza era o grande centro produtor de vidro.de vidro.

HISTÓRICOHISTÓRICO

• Até o século XVI, não se produzia vidro na França e na Até o século XVI, não se produzia vidro na França e na Inglaterra.Inglaterra.

• O vidro laminado surgiu na França em 1688.O vidro laminado surgiu na França em 1688.

• Em 1914, foi desenvolvido na Bélgica o Processo Em 1914, foi desenvolvido na Bélgica o Processo Fourcault de fabricação contínua de folha de vidro.Fourcault de fabricação contínua de folha de vidro.

• Durante os 50 anos seguintes, engenheiros e cientistas Durante os 50 anos seguintes, engenheiros e cientistas efetuaram modificações no processo de fabricação de efetuaram modificações no processo de fabricação de folhas de vidro, visando reduzir distorções óticas e folhas de vidro, visando reduzir distorções óticas e baixar o custo de produção.baixar o custo de produção.

CARACTERIZAÇÃOCARACTERIZAÇÃO

• Do ponto de vista Do ponto de vista físicofísico, o vidro pode ser definido , o vidro pode ser definido como um líquido sub-resfriado, rígido, sem ponto de como um líquido sub-resfriado, rígido, sem ponto de fusão definido, com uma viscosidade suficientemente fusão definido, com uma viscosidade suficientemente elevada (maior que 10elevada (maior que 101313 P) para impedir a cristalização. P) para impedir a cristalização.

• Do ponto de vista Do ponto de vista químicoquímico, é o resultado da união de , é o resultado da união de óxidos inorgânicos não voláteis resultantes da óxidos inorgânicos não voláteis resultantes da decomposição e da fusão de compostos alcalinos e decomposição e da fusão de compostos alcalinos e alcalino-terrosos, de areia e de outras substâncias, alcalino-terrosos, de areia e de outras substâncias, com o que se forma um produto final com uma com o que se forma um produto final com uma estrutura atômica estrutura atômica ao acasoao acaso. .

• O vidro é um produto O vidro é um produto completamente vitrificadocompletamente vitrificado, ou , ou pelo menos um produto com um teor relativamente pelo menos um produto com um teor relativamente pequeno de material não vitroso em suspensão.pequeno de material não vitroso em suspensão.

CARACTERIZAÇÃOCARACTERIZAÇÃO

• Apesar das milhares de novas formulações para o vidro Apesar das milhares de novas formulações para o vidro que apareceram nos últimos anos, é bom salientar que que apareceram nos últimos anos, é bom salientar que a cal, a sílica e a soda ainda constituem cerca de 90% a cal, a sílica e a soda ainda constituem cerca de 90% do vidro em todo o mundo, da mesma forma que há do vidro em todo o mundo, da mesma forma que há 2000 anos.2000 anos.

• Na evolução da tecnologia de produção do vidro, Na evolução da tecnologia de produção do vidro, ocorreram pequenas variações nos ingredientes ocorreram pequenas variações nos ingredientes maiores e grandes modificações nos ingredientes maiores e grandes modificações nos ingredientes menores.menores.

• Os ingredientes principais são a areia, a cal e a Os ingredientes principais são a areia, a cal e a barrilha e quaisquer outros materiais podem ser barrilha e quaisquer outros materiais podem ser considerados ingredientes secundários, embora considerados ingredientes secundários, embora possam provocar efeitos de grande importância.possam provocar efeitos de grande importância.

VIDROS COMERCIAISVIDROS COMERCIAIS

1.1. Sílica fundida ou sílica vitrosaSílica fundida ou sílica vitrosa – vidro feito a alta – vidro feito a alta temperatura pela pirólise do tetracloreto de silício. É muito temperatura pela pirólise do tetracloreto de silício. É muito resistente térmica e quimicamente. O vidro Vycor, de alta resistente térmica e quimicamente. O vidro Vycor, de alta sílica, tem algumas propriedades semelhantes à sílica sílica, tem algumas propriedades semelhantes à sílica fundida.fundida.

2.2. Silicatos alcalinosSilicatos alcalinos – vidros solúveis, usados apenas como – vidros solúveis, usados apenas como soluções.soluções.

3.3. Vidro à base de soda e calVidro à base de soda e cal – tem ampla gama de aplicações – tem ampla gama de aplicações em janelas, em armações transparentes e em toda espécie em janelas, em armações transparentes e em toda espécie de vasos – 90% do vidro produzido.de vasos – 90% do vidro produzido.

4.4. Vidro de chumboVidro de chumbo – obtido a partir do óxido de chumbo, da – obtido a partir do óxido de chumbo, da sílica e álcalis, usado para fins decorativos e óticos.sílica e álcalis, usado para fins decorativos e óticos.

5.5. Vidro de borossilicatoVidro de borossilicato – usados em trabalhos óticos e – usados em trabalhos óticos e científicos.científicos.

VIDROS COMERCIAISVIDROS COMERCIAIS

6.6. Cerâmica de vidroCerâmica de vidro – para utensílios domésticos de cozer, de – para utensílios domésticos de cozer, de servir e de usar na geladeira, indistintamente.servir e de usar na geladeira, indistintamente.

7.7. Vidros de alumina e sílicaVidros de alumina e sílica – contêm 20% ou mais de alumina – contêm 20% ou mais de alumina e são destinados a temperaturas mais altas.e são destinados a temperaturas mais altas.

8.8. Fibra de vidroFibra de vidro – usada em têxteis e como reforçador, em – usada em têxteis e como reforçador, em equipamentos e tubulações, quando empregada uma resina.equipamentos e tubulações, quando empregada uma resina.

9.9. Vidros especiaisVidros especiais – vidro colorido, vidro opalino, vidro – vidro colorido, vidro opalino, vidro translúcido, vidro de segurança, que inclui o vidro laminado translúcido, vidro de segurança, que inclui o vidro laminado e o vidro temperado, vidro fotossensível, vidros especiais e o vidro temperado, vidro fotossensível, vidros especiais para uso químico e industrial.para uso químico e industrial.

SÍLICA FUNDIDASÍLICA FUNDIDA

Às vezes denominado erroneamente vidro de quartzo, é o Às vezes denominado erroneamente vidro de quartzo, é o

membro terminal da série de vidros de silicatos.membro terminal da série de vidros de silicatos.

Caracteriza-se pelo baixo coeficiente de expansão e pelo Caracteriza-se pelo baixo coeficiente de expansão e pelo

elevado ponto de amolecimento, o que lhe atribui grande elevado ponto de amolecimento, o que lhe atribui grande

resistência térmica e permite que seja usado além das faixas de resistência térmica e permite que seja usado além das faixas de

temperatura de outros vidros. temperatura de outros vidros.

É muito transparente à radiação ultravioleta.É muito transparente à radiação ultravioleta.

VycorVycor®® é um vidro com resistência a alta temperatura e choque é um vidro com resistência a alta temperatura e choque

térmico, fabricado pela Corning Incorporated. Vycor é composto térmico, fabricado pela Corning Incorporated. Vycor é composto

de 96% de sílica, mas diferentemente da sílica fundida pode ser de 96% de sílica, mas diferentemente da sílica fundida pode ser

facilmente manufaturado em uma variedade de formas.facilmente manufaturado em uma variedade de formas.

SILICATOS ALCALINOSSILICATOS ALCALINOS

São os únicos vidros a dois componentes que têm importância São os únicos vidros a dois componentes que têm importância

comercial. São solúveis em água. Areia e barrilha são fundidas comercial. São solúveis em água. Areia e barrilha são fundidas

e os produtos são silicatos de sódio, cuja composição vai de e os produtos são silicatos de sódio, cuja composição vai de

NaNa22O.SiOO.SiO22 até Na até Na22O.4SiOO.4SiO22..

A solução de silicato de sódio, conhecida também como vidro de A solução de silicato de sódio, conhecida também como vidro de

água, é amplamente usada como adesivo de papel, na água, é amplamente usada como adesivo de papel, na

fabricação de caixas de papelão ondulado. Outros usos incluem fabricação de caixas de papelão ondulado. Outros usos incluem

a proteção contra fogo e a preservação de ovos.a proteção contra fogo e a preservação de ovos.

VIDRO DE SODA E CALVIDRO DE SODA E CAL

É o que se fabrica em maior quantidade e serve para fabricação É o que se fabrica em maior quantidade e serve para fabricação

de vasos, de vidros planos e vidros de automóvel, de cálices de vasos, de vidros planos e vidros de automóvel, de cálices

grossos e de louça de mesa.grossos e de louça de mesa.

Não fundem a uma temperatura muito elevada e são Não fundem a uma temperatura muito elevada e são

suficientemente viscosos para não se desvitrificarem, embora suficientemente viscosos para não se desvitrificarem, embora

não tão viscosos que impeçam o trabalho em temperaturas não tão viscosos que impeçam o trabalho em temperaturas

razoáveis.razoáveis.

O comércio de bebidas levou à produção de vidros com elevado O comércio de bebidas levou à produção de vidros com elevado

teor de alumina e cal e baixo teor de álcalis.teor de alumina e cal e baixo teor de álcalis.

É um vidro difícil de fundir, mas de boa resistência química.É um vidro difícil de fundir, mas de boa resistência química.

VIDRO DE CHUMBOVIDRO DE CHUMBO

Importante em aplicações óticas, em virtude do índice de Importante em aplicações óticas, em virtude do índice de

refração elevado e da grande dispersão. refração elevado e da grande dispersão.

O brilho do vidro de boa qualidade “lapidado” se deve ao seu O brilho do vidro de boa qualidade “lapidado” se deve ao seu

teor de chumbo.teor de chumbo.

Empregado também em bulbos de lâmpadas.Empregado também em bulbos de lâmpadas.

VIDRO DE BOROSSILICATOVIDRO DE BOROSSILICATO

Contém de 13 a 28% de BContém de 13 a 28% de B22OO33 e 80 a 87% de sílica. e 80 a 87% de sílica.

Tem baixo coeficiente de expansão, elevada Tem baixo coeficiente de expansão, elevada resistência ao choque, excelente estabilidade resistência ao choque, excelente estabilidade química e resistência elétrica grande.química e resistência elétrica grande.

Foi inventado pelo químico alemão Otto Schott e a Foi inventado pelo químico alemão Otto Schott e a marca comercial mais famosa é Pyrex (Corning Glass marca comercial mais famosa é Pyrex (Corning Glass Works, 1915).Works, 1915).

As suas propriedades de resistência ao calor tornam As suas propriedades de resistência ao calor tornam este tipo de vidro útil em material de laboratório este tipo de vidro útil em material de laboratório que tenha que suportar temperaturas elevadas. que tenha que suportar temperaturas elevadas. Outro uso comum é como utensílio de cozinha, quer Outro uso comum é como utensílio de cozinha, quer pelos recipientes e pratos resistentes à temperatura pelos recipientes e pratos resistentes à temperatura dos fornos, quer pelos copos graduados para medir dos fornos, quer pelos copos graduados para medir quantidades de ingredientes. Este vidro é também quantidades de ingredientes. Este vidro é também utilizado nos telescópios astronômicos devido à sua utilizado nos telescópios astronômicos devido à sua reduzida dilatação com a temperatura.reduzida dilatação com a temperatura.

MATÉRIAS-PRIMASMATÉRIAS-PRIMAS

AREIAAREIA – Deve ser de quartzo quase que puro. Em muitos casos, – Deve ser de quartzo quase que puro. Em muitos casos, a jazida de areia determina a localização da fábrica de vidro. O a jazida de areia determina a localização da fábrica de vidro. O teor de ferro não deve exceder a 0,45% na areia para vidro de teor de ferro não deve exceder a 0,45% na areia para vidro de mesa, ou a 0,015% para o vidro ótico, pois o ferro não tem mesa, ou a 0,015% para o vidro ótico, pois o ferro não tem efeito benéfico para a coloração.efeito benéfico para a coloração.

ÓXIDO DE SÓDIO (NaÓXIDO DE SÓDIO (Na22O) O) – Provém principalmente da barrilha – Provém principalmente da barrilha

(Na(Na22COCO33). Outras fontes podem ser o bicarbonato de sódio, o ). Outras fontes podem ser o bicarbonato de sódio, o

sulfato de sódio e o nitrato de sódio. sulfato de sódio e o nitrato de sódio.

CAL (CaO) CAL (CaO) – São fontes importantes o calcário e a cal de – São fontes importantes o calcário e a cal de dolomita calcinada (CaCOdolomita calcinada (CaCO33.MgCO.MgCO33).).

FELDSPATOSFELDSPATOS – De fórmula geral R – De fórmula geral R22O.AlO.Al22OO33.6SiO.6SiO22, onde R, onde R22O pode O pode

ser Naser Na22O ou KO ou K22O.O.

REAÇÕES QUÍMICASREAÇÕES QUÍMICAS

NaNa22COCO33 + aSiO + aSiO22 Na Na22O.aSiOO.aSiO22 +CO +CO22

CaCOCaCO33 + bSiO + bSiO22 CaO.bSiO CaO.bSiO22 + CO + CO22

NaNa22SOSO44 + cSiO + cSiO22 + C + C Na Na22O.cSiOO.cSiO22 + SO + SO22 + CO + CO

A última reação pode ocorrer como a seguir:A última reação pode ocorrer como a seguir:

Na2SO4 + C Na2SO4 + C Na2SO3 + CO Na2SO3 + CO

2Na2SO4 + C 2Na2SO4 + C 2Na2SO3 + CO2 2Na2SO3 + CO2

NaNa22SOSO33 + c.SiO + c.SiO22 Na Na22O.CSiOO.CSiO22 + SO + SO22

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO

Os procedimentos de fabricação podem Os procedimentos de fabricação podem ser divididos em quatro fases principais:ser divididos em quatro fases principais:

• FusãoFusão

• Conformação ou moldagemConformação ou moldagem

• RecozimentoRecozimento

• AcabamentoAcabamento


FUSÃOFUSÃO

Os fornos de vidro podem ser classificados como fornos Os fornos de vidro podem ser classificados como fornos de cadinho ou fornos-tanque.de cadinho ou fornos-tanque.

Os Os fornos de cadinhofornos de cadinho, com capacidade de até 2 , com capacidade de até 2 toneladas, são adotados vantajosamente na pequena toneladas, são adotados vantajosamente na pequena produção de vidros especiais ou quando é essencial produção de vidros especiais ou quando é essencial proteger o banho fundido da ação dos produtos de proteger o banho fundido da ação dos produtos de combustão. São empregados principalmente na combustão. São empregados principalmente na manufatura de vidro ótico, de vidro artístico e de vidro manufatura de vidro ótico, de vidro artístico e de vidro plano em chapa fundida. plano em chapa fundida.

Os cadinhos são de argila especial ou de platina. É muito Os cadinhos são de argila especial ou de platina. É muito difícil fundir o vidro nesses vasos sem contaminar o difícil fundir o vidro nesses vasos sem contaminar o produto ou fundir parcialmente o próprio vaso, exceto produto ou fundir parcialmente o próprio vaso, exceto quando se usa platina.quando se usa platina.


FUSÃOFUSÃO

Num forno-tanque, as matérias-primas são introduzidas Num forno-tanque, as matérias-primas são introduzidas por uma extremidade de um grande tanque construído por uma extremidade de um grande tanque construído em tijolos refratários. O vidro se acumula numa massa em tijolos refratários. O vidro se acumula numa massa líquida, onde incidem as chamas. O vidro “refinado” é líquida, onde incidem as chamas. O vidro “refinado” é retirado pela extremidade oposta, em operação contínua.retirado pela extremidade oposta, em operação contínua.


CONFORMAÇÃO ou MOLDAGEMCONFORMAÇÃO ou MOLDAGEM

O vidro pode ser conformado a máquina ou modelado a O vidro pode ser conformado a máquina ou modelado a mão. O principal fator a ser considerado na conformação mão. O principal fator a ser considerado na conformação mecânica é o do modelo da máquina de vidro, que deve mecânica é o do modelo da máquina de vidro, que deve ser capaz de completar o objeto em alguns segundos. ser capaz de completar o objeto em alguns segundos.

Vidro de janelaVidro de janela – O vidro de janela era fabricado por um – O vidro de janela era fabricado por um processo manual que colhia uma gota de vidro na processo manual que colhia uma gota de vidro na extremidade de uma cânula e a transformava, mediante extremidade de uma cânula e a transformava, mediante sopro, em um cilindro. As bases do cilindro eram sopro, em um cilindro. As bases do cilindro eram cortadas, o cilindro partido em dois e aquecido num forno cortadas, o cilindro partido em dois e aquecido num forno para se planificar. para se planificar.

No processo Fourcault, uma câmara de estiramento é No processo Fourcault, uma câmara de estiramento é cheia pelo vidro de um tanque de fusão. O vidro é puxado cheia pelo vidro de um tanque de fusão. O vidro é puxado na vertical, mediante uma máquina de puxar.na vertical, mediante uma máquina de puxar.



Processos Fourcault e ColburnProcessos Fourcault e Colburn



Chapas de vidro Chapas de vidro – O vidro é fundido num forno contínuo – O vidro é fundido num forno contínuo grande. A matéria-prima entra por uma das extremidades grande. A matéria-prima entra por uma das extremidades do forno e o vidro fundido, a temperaturas tão elevadas do forno e o vidro fundido, a temperaturas tão elevadas quanto 1600ºC, passa pela zona de refinação e sai pela quanto 1600ºC, passa pela zona de refinação e sai pela extremidade oposta, num fluxo contínuo. O vidro escoa extremidade oposta, num fluxo contínuo. O vidro escoa entre dois cilindros laminadores resfriados a água, entre dois cilindros laminadores resfriados a água, formando uma fita de vidro que é puxada para baixo formando uma fita de vidro que é puxada para baixo sobre uma série de roletes menores, resfriados, que sobre uma série de roletes menores, resfriados, que giram a velocidade ligeiramente maior que a dos giram a velocidade ligeiramente maior que a dos cilindros laminadores. O efeito do tensionamento cilindros laminadores. O efeito do tensionamento provocado pelas diferentes velocidades e a retração do provocado pelas diferentes velocidades e a retração do vidro, durante o resfriamento, retifica a fita, quando ela vidro, durante o resfriamento, retifica a fita, quando ela entre no forno de recozimento. Depois de recozida a fita entre no forno de recozimento. Depois de recozida a fita é cortada em folhas para esmerilhamento e polimento.é cortada em folhas para esmerilhamento e polimento.



Chapas de vidroChapas de vidro



Vidro aramado e vidro fantasia Vidro aramado e vidro fantasia – O vidro fundido corre – O vidro fundido corre pelo forno e passa entre os rolos laminadores metálicos, pelo forno e passa entre os rolos laminadores metálicos, em cuja superfície foi gravado ou usinado um desenho. em cuja superfície foi gravado ou usinado um desenho. Os cilindros conforma a fita de vidro, imprimindo-lhe Os cilindros conforma a fita de vidro, imprimindo-lhe simultaneamente um desenho (vidro fantasia). Este tipo simultaneamente um desenho (vidro fantasia). Este tipo de vidro pode ser reforçado por tela ou fio metálico, de vidro pode ser reforçado por tela ou fio metálico, durante a etapa inicial de formação, visando uma durante a etapa inicial de formação, visando uma segurança especial, por exemplo, nas janelas próximas a segurança especial, por exemplo, nas janelas próximas a saídas de emergência.saídas de emergência.



Vidro por flutuação – Vidro por flutuação – Uma fita de vidro obtida por Uma fita de vidro obtida por laminação flutua num banho de metal fundido, em laminação flutua num banho de metal fundido, em atmosfera controlada. Na entrada da câmara de atmosfera controlada. Na entrada da câmara de flutuação, a temperatura é suficientemente elevada para flutuação, a temperatura é suficientemente elevada para que o vidro seja bastante mole para flutuar. A superfície que o vidro seja bastante mole para flutuar. A superfície inferior é retificada pelo contato com o metal e a inferior é retificada pelo contato com o metal e a superfície superior escoa sob ação da gravidade até ser superfície superior escoa sob ação da gravidade até ser também plana. A qualidade da superfície obtida é também plana. A qualidade da superfície obtida é próxima da que se obtém por esmerilhamento e próxima da que se obtém por esmerilhamento e polimento. polimento.



Vidro por flutuaçãoVidro por flutuação



Vidro soprado – Vidro soprado – Até o século XIX, o sopro era feito pelos Até o século XIX, o sopro era feito pelos artesãos. No século XX foram desenvolvidas máquinas artesãos. No século XX foram desenvolvidas máquinas de sopro mais rápidas e baratas. Utilização principal: de sopro mais rápidas e baratas. Utilização principal: máquinas de soprar garrafas, copos, bulbos. máquinas de soprar garrafas, copos, bulbos.



Vidro soprado – sopro simplesVidro soprado – sopro simples



Vidro soprado – duplo soproVidro soprado – duplo sopro



Moldagem por centrifugaçãoMoldagem por centrifugação



Moldagem por fundição:Moldagem por fundição:

Produtos: lentes, espelhos, cristaisProdutos: lentes, espelhos, cristais

Arrefecimento controlado para minimizar tensões Arrefecimento controlado para minimizar tensões residuais e evitar fraturaresiduais e evitar fratura

Acabamento posterior: lapidação e polimento.Acabamento posterior: lapidação e polimento.



Moldagem por compressão:Moldagem por compressão:



Fibras de vidro:Fibras de vidro:


RECOZIMENTORECOZIMENTO

Para reduzir a tensão, é necessário recozer todos os objetos Para reduzir a tensão, é necessário recozer todos os objetos de vidro, seja os que foram fabricados mecanicamente, seja de vidro, seja os que foram fabricados mecanicamente, seja os fabricados manualmente. O recozimento envolve, os fabricados manualmente. O recozimento envolve, resumidamente, duas operações:resumidamente, duas operações:

1) Manutenção da massa de vidro acima de uma certa 1) Manutenção da massa de vidro acima de uma certa temperatura crítica durante um tempo suficientemente temperatura crítica durante um tempo suficientemente dilatado para que as tensões internas sejam reduzidas dilatado para que as tensões internas sejam reduzidas graças ao escoamento plástico, ficando abaixo de um graças ao escoamento plástico, ficando abaixo de um máximo predeterminado;máximo predeterminado;

2) Resfriamento da massa até a temperatura ambiente, com 2) Resfriamento da massa até a temperatura ambiente, com lentidão suficiente para manter a tensão abaixo desse lentidão suficiente para manter a tensão abaixo desse máximo.máximo.

O forno de recozimento é uma câmara aquecida, onde a taxa O forno de recozimento é uma câmara aquecida, onde a taxa de resfriamento pode ser controlada.de resfriamento pode ser controlada.


ACABAMENTOACABAMENTO

Todos os tipos de vidro recozido devem sofrer algumas Todos os tipos de vidro recozido devem sofrer algumas operações de acabamento que, embora relativamente operações de acabamento que, embora relativamente simples, são muito importantes. simples, são muito importantes.

Essas operações incluem a limpeza, o esmerilhamento, Essas operações incluem a limpeza, o esmerilhamento, a lapidação, o despolimento, o esmaltamento, a a lapidação, o despolimento, o esmaltamento, a graduação e a calibração. graduação e a calibração.

Embora nem todas sejam necessárias para todos os Embora nem todas sejam necessárias para todos os vidros, uma ou mais de uma sempre serão necessárias.vidros, uma ou mais de uma sempre serão necessárias.

processos quÍmicos industriais i vidro. histÓrico sua descoberta é obscura. há dúvidas sobre a...

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